关于MIDAS/Civil悬索桥分析的一些功能说明

一、建模助手的功能

使用简化方法计算获得索的水平张力和主缆的初始形状，利用悬索单元的柔度矩阵重新进行迭代分析。当获得了所有主缆单元的无应力长之后，则构成由主缆和吊杆组成的索的体系，即，主缆两端、索塔墩底部、吊杆下端均按固接处理。当将无应力索长赋予悬索单元时，将产生不平衡力引起结构变形，然后通过坐标的变化判断收敛与否，当不收敛时则更新坐标重新计算无应力索长直至收敛，建模助手分析结束。

二、悬索桥分析控制

以建模助手生成的主缆坐标、无应力索长、水平张力为基础进行悬索桥整体结构的初始平衡状态分析。

对于地锚式悬索桥，其通过建模助手建立的模型，若小范围地调整加劲梁，对索的无应力长度和主缆坐标影响不是很大，因此一般来说直接采用建模助手的结果即可，当需要做精密的分析时也可采用悬索桥分析控制功能进行第二阶段分析。

而自锚式悬索桥，由于其加劲梁受较大轴力的作用，加劲梁端部和索墩锚固位置会发生较大变化，即主缆体系将发生变化，所以从严格意义来说建模助手获得的索体系和无应力长与实际并不相符。因此必须对整体结构重新进行精密分析。其过程如下：将主缆和吊杆的力按静力荷载加载到由索塔墩和加劲梁组成的杆系结构上，计算加劲梁和索塔墩的初始内力，并将其作用在整体结构上。通过反复计算直至收敛，获得整体结构的初始平衡状态。（参考技术资料《自锚式悬索桥的计算》）

三、对于初始荷载的说明

671版本开始，在“荷载/初始荷载”中，分为大位移和小位移两项，其内又分为几何刚度初始荷载、平衡单元节点内力、初始荷载控制数据、初始单元内力共4项内容。其作用分别如下：

• 大位移/几何刚度初始荷载：

描述当前荷载作用之前的结构的初始状态。可由悬索桥建模助手自动计算给出结构的初始平衡状态。

• 大位移/平衡单元节点内力：

该功能只适用于施工阶段分析中选择非线性分析的独立模型，并且钩选了“包含平衡单元节点内力”选项时的情形。

进行斜拉桥或悬索桥逆施工阶段分析时，通过计算由张拉力和恒载导致的成桥状态的节点力和构件内力，可以考虑在外力作用下，位移为0的状态。即，提前使结构存在与外力相平衡的内力，从而使结构不发生变形。

• 小位移/初始荷载控制数据

生成初始荷载，或将输入的初始荷载添加给特定的荷载工况。

• 小位移/初始单元内力

只适用于线性分析，其作用与几何刚度初始荷载相同。即通过形成几何刚度来影响结构的总体刚度，但其刚度并不随作用荷载的变化而变化。可以说是为了对于一个非线性结构进行线性分析而需要的功能，比如对于悬索桥进行特征值分析或者移动荷载分析等。

另外，在进行时程分析时，如果要考虑自重等静力荷载作用下的初始状态时，需要将静力荷载另行定义为一种时变荷载。利用这里的初始单元内力功能，可以使构件在进行时程分析时就处于相应的初始状态，而不需再将静力荷载定义为时变荷载了。

在结果表格中可以查看与各荷载工况向对应的平衡单元节点内力，用户若要考虑初始荷载，可以将其复制输入到前处理的初始荷载部分的表格中。

四、几何刚度初始荷载（671前版本）

• 静力线性分析：会影响单元的几何刚度，但几何刚度并不根据荷载工况发生变化。若存在只受拉单元，因对应不同荷载工况会有不同的单元退出工作，故不能将结果进行算术迭加；
• 静力非线性分析：根据几何刚度初始荷载考虑结构的初始状态。根据不同荷载工况，几何刚度会发生变化，因此同样，不同荷载工况作用效应的算术迭加不成立；
• 施工阶段线性分析（考虑时间依存性）：会影响单元的几何刚度，且几何刚度根据不同施工阶段荷载的作用，发生变化。但不考虑索单元节点坐标的变化（等效桁架单元）；
• 施工阶段非线性分析（独立模型，不考虑平衡内力）：大位移分析，即几何刚度根据不同施工阶段荷载的作用发生变化，且考虑索单元节点坐标变化引起的影响（索单元）；
• 施工阶段非线性分析（独立模型，考虑平衡内力）：几何刚度初始荷载不起作用，“初始荷载/平衡内力”发生作用；
• 施工阶段非线性分析（独立模型，考虑平衡内力，但未输入平衡内力，输入了几何刚度初始荷载）：几何刚度初始荷载不起作用，对施加的荷载工况进行静力非线性分析。下个阶段中也一样，但前一阶段的荷载和本阶段的荷载相当于一同作用并对之进行分析；
• 移动荷载分析：程序会自动将索单元转换为等效桁架单元进行线性分析，其几何刚度将利用几何刚度初始荷载确定。

五、初始荷载控制数据－是否给单元添加初始荷载？

• 非线性分析时，几何刚度初始荷载的影响将反映到内力中去，因此不需要给单元添加初始荷载；
• 线性分析时，几何刚度初始荷载只对几何刚度有影响，并不会反映到内力中去。若要将其考虑为内力，需给单元添加初始荷载。

六、为什么利用建模助手得到成桥模型后，建立主梁模型，考虑自重后进行分析，模型发生位移且内力发生变化？

悬索桥建模助手中没有模拟主梁，是将主梁的自重等以节点荷载的形式赋予了结构。模拟主梁后，其刚度会对整个结构产生影响。

因此我们引入了平衡单元节点内力的方法。

七、如何得到恒载作用下的结构效应以及恒载+活载的组合效应？

1. 将通过建模助手得到的成桥模型只定义一个施工阶段（即成桥阶段），选择施工阶段分析控制的非线性分析并钩选考虑平衡内力。(此时几何刚度初始荷载不发生作用, 是为了保存成桥状态的构件内力，以便与活载计算结果组合)
2. 输入几何刚度初始荷载，定义移动荷载后进行分析。(因为是施工阶段非线性分析的独立模型，对于PostCS状态进行静力分析时，不是利用最后阶段的内力计算几何刚度。因此需另行输入几何刚度初始荷载，以用来计算PostCS状态的几何刚度。)
3. 分析前需把自重、二期恒载等的荷载类型（定义静力荷载工况时）定义为施工阶段荷载。（对于移动荷载工况，程序会自动将索单元转换为等效桁架单元进行线性分析。但对于其它荷载工况，程序还是按索单元计算，因此有可能出现不收敛的情况。而且由于对于自重、二期恒载的效应已经包含在了成桥状态的内力中，因此将其设为施工阶段荷载，以便对于PostCS状态不再分析计算）
4. 在PostCS定义一个CS:合计的组合，再定义一个合计与移动荷载的组合。

八、如何得到施工阶段过程中，各构件的结构效应？

1. 建立成桥模型
2. 定义倒拆分析的施工阶段
3. 在施工阶段分析控制对话框中钩选“考虑构件平衡内力”后进行倒拆分析

九、对于悬索桥如何考虑温度作用？

1. 可以把温度作用同样作为一个施工阶段加在最后一个阶段上。但对升温和降温需建立不同的模型进行分析后分别查看结果。此时对于温度进行的是非线性分析，有可能出现不容易收敛的情况。
2. 也可将温度作用定义为一般的荷载工况（不是施工阶段荷载工况）。这样程序在进行完施工阶段分析后，会利用几何刚度初始荷载形成结构的几何刚度，并对这种状态的结构进行温度作用的分析。此时对于索单元是将其转换为等效桁架单元来计算的。