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MIDAS索单元应用悬索桥斜拉桥分析ppt课件
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目录
1. 悬索桥分析
① 基本操作步骤 ② 索单元简介 ③ 索单元初始刚度 ④ 初始平衡状态 ⑤ 悬索桥分析控制
2. 斜拉桥分析
① 基本操作步骤 ② 未知荷载系数法 ③ 体外力与体内力 ④ 未必和配合力
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悬索桥分析:基本操作步骤
① 定义主缆、边缆、主塔、加劲梁、吊杆等构件的材料和截面 特性;
② 打开主菜单“模型/结构建模助手/悬索桥”,输入相应参数 (各参数意义可参考在线帮助);
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悬索桥分析:索单元初始刚度
几何刚度初始荷载
荷载>初始荷载>大位移>几何刚度 初始荷载
静力线性分析:不起作用。 静力非线性分析:根据输入的内力, 赋予索单元相应的初始刚度,对于定 义的荷载工况,进行几何非线性分析。 仅提供初始刚度之用,所输入内力 值不起作用,即没有荷载效应。
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悬索桥分析:索单元初始刚度
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悬索桥分析:索单元初始刚度
初始单元内力
荷载>初始荷载>小位移>初始单元内力
根据输入的初始单元内力,提供初始刚度,与几何刚度荷载类似。但 仅适用于小位移分析,其初始刚度不随新荷载的输入而进行修正。 是为了对于非线性结构进行线性分析而提供的功能,例如对于悬索桥 进行特征值分析、移动荷载分析等。
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平衡单元节点内力:仅适用于施工阶段几何非线性分析。不仅提供几 何初始刚度且有荷载效应。还可考虑索单元以外单元的初始刚度以及 内力效应。与上述两个同时定义时,平衡单元节点内力优先起作用。
初始单元内力:仅适用于成桥荷载的小位移分析,如移动荷载、特征 值分析等。仅提供刚度。与上述三项无优先级。
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第二步骤:根据第一步骤平衡状态分析得出的主缆线形(坐标)以及 吊杆的长度自动计算索单元的自重。然后,重新考虑索构件自重及 “桥面系”栏输入的荷载进行第二次平衡状态分析。
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悬索桥分析:悬索桥分析控制
定义“悬索桥分析控制”,再运行分析的目的:
通过建模助手得到的模型大部分与实际结构有所不同,如主塔与加 劲梁的关系、主塔横梁位置,且也有可能是自锚式悬索桥。(建模助 手只能得出地锚时的状态)
③ 将建模助手的数据另存为“*.w Nhomakorabead”文件,以便以后修改或 确认;
④ 运行建模助手后,程序将自动生成悬索桥模型,且提供所有 索单元的几何刚度初始荷载和初始单元内力;
⑤ 将模型根据实际桥梁进行修改。如边界条件、横梁、加劲梁 等,或改为自锚式悬索桥。
⑥ 将主缆上的所有节点定义为更新节点组,将跨中最低点(垂 点定义为垂点组;
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斜拉桥分析:基本操作步骤
⑧ 分析结束后,查看该施工阶段的位移是否接近于0,且查看 构件的内力是否与几何刚度初始荷载表格或者平衡单元节点 内力表格的数据接近或相同;
⑨ 各项结果都满足要求(目标状态),说明成桥平衡状态非常 好。再通过倒拆分析计算每个施工阶段以及空缆的状态。也 可进行成桥状态其他荷载的分析;
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悬索桥分析:索单元简介
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悬索桥分析:基本操作步骤
⑥ 删除建模助手自动生成的“几何非线性分析控制”,定义 “悬索桥分析控制数据”后运行分析。运行过程中在信息窗 口确认是否计算收敛。通过此步骤可得出新平衡状态的几何 刚度初始荷载、初始单元内力,且还会提供“平衡单元节点 内力”数据;
⑦ 删除悬索桥分析控制数据,将所有结构、边界条件和荷载都 定义为相应的结构组、边界组和荷载组。定义一次成桥的施 工阶段,在施工阶段分析控制对话框中选择“考虑非线性分 析/独立模型”,并勾选“包含平衡单元节点内力”,点击运 行分析;
悬索桥分析:索单元初始刚度
各个初始刚度之间的关系
定义单元时的初始刚度:仅适用于几何非线性分析。不仅提供初始刚 度且有荷载效应。(施工阶段与非施工阶段均适用。)
几何刚度初始荷载:仅适用于几何非线性分析。仅提供几何初始刚度, 无荷载效应,但内力结果中包含此内力。与上面定义单元时的初始刚 度同时定义时,几何刚度初始荷载优先起作用,定义单元时的初始荷 载不起作用。(施工阶段与非施工阶段均适用。)
平衡单元节点内力
荷载>初始荷载>大位移>平衡单元节点内力
该功能仅适用于施工阶段分析时,选择非线性分析的独立模型,并且 勾选了“包含平衡单元节点内力”选项时的情形。 可手动输入所有构件的平衡单元节点内力,也可通过“悬索桥分析控 制”自动计算生成,在成桥状态下,平衡单元节点内力与成桥恒载相 平衡,使结构处于0位移状态。 可考虑包括梁单元等的所有构件的平衡内力,对于自锚式悬索桥更加 适用,因自锚式悬索桥是索梁协同作用的结构,加劲梁的内力对刚度 影响也不可忽视。
悬索桥分析:初始平衡状态
初始平衡状态
悬索桥在成桥状态下处于平衡状态,又称为悬索桥的初始 平衡状态。
平衡状态下的相平衡荷载:
◦ 索单元的拉力以及各单元的内力 ◦ 索、吊杆、加劲梁的自重 ◦ 二期荷载等
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悬索桥分析:悬索桥建模助手
原理:程序内部自动分两个步骤进行迭代分析
第一步骤:根据建模助手中输入几何控制点参数、材料与截面、桥面 系荷载进行第一次几何非线性迭代分析。此时仅考虑悬索桥建模助手 对话框 “桥面系”栏中输入的荷载作为恒载进行分析,求出第一平衡 状态。(未包含索构件自重)
模型被修改后,原来的几何刚度初始荷载、初始单元内力等无法满 足新模型的平衡条件。为了重新计算出新模型的平衡状态的几何刚度 、平衡单元节点内力、初始单元内力,进行第三次平衡状态分析。
为了找到新平衡状态的主缆坐标,需要定义更新节点和垂点,以及 平衡状态要考虑的所有恒载。在这里考虑的荷载必须要与建模助手中 考虑的荷载(桥面系荷载、索自重)尽可能相同,不然迭代分析不容 易收敛。且修改模型时,不建议删除或增加吊杆,且大量修改,都将 会成为不收敛的因素。
pretension
只能传递单元的轴向拉力 随着内力的变化几何刚度发生变化 有了初始刚度索单元才能承受各种荷
载
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悬索桥分析:索单元初始刚度
MIDAS程序中的初始刚度:
定义索单元时 几何刚度初始荷载 平衡单元节点内力 初始单元内力
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悬索桥分析:索单元初始刚度
定义索单元时:
Lu:无应力索长 初拉力:激活索单元的初始拉力 水平力:激活索单元的初始水平力