自锚式悬索桥成桥阶段分析（midas工程实例）.docVIP

自锚式悬索桥-永宗大桥的成桥阶段分析 永宗大桥是连接永宗道和仁川广域市的跨海大桥，目前除铁路部分还没有运行外，其他公路部分已经在使用。把握桥梁的成桥阶段特性可对事故做出迅速反应，制定相应的应对措施，对桥梁的维护管理也是相当重要的。本文将对永宗大桥的成桥阶段模型建模方法和分析结果进行简要说明。 一．分析简要 为了了解桥梁的特性以及维护管理的需要，首先要建立桥梁结构分析模型。建立成桥阶段模型较为重要的是如何模拟成桥阶段的结构刚度、边界条件以及质量分布。悬索桥在施工阶段表现出非常明显的非线性特征，但在主缆和吊杆产生了较大张力的成桥阶段，对追加荷载(车辆荷载、风荷载等)的反应则表现出线性特征。因此可以将成桥状态的坐标和构件内力作为初始平衡状态，对追加荷载的反应假定为线性反应，利用初始平衡状态的内力计算几何刚度，并与结构刚度进行叠加生成成桥状态的刚度。因为永宗大桥是自锚式悬索桥，在初始平衡状态主缆和加劲梁作用有初始轴力，且轴力对弯曲刚度的影响是不能被忽略的。本文利用MIDAS软件中的几何刚度初始荷载命令反应轴力对刚度的影响。 本工程成桥阶段分析将参考设计图纸建立几何形状，然后赋予截面特性值和边界条件。模型建成后利用几何刚度初始荷载命令赋予主缆和加劲梁以初始轴力，用于计算结构的几何刚度。在运行特征值分析后，通过对主要振型与激振实验结果值的比较，判定建立的分析模型正确与否，然后加载静力和动力荷载，分析结构的各种特性。 本文进行的分析内容如下： 成桥阶段特征值分析 对比主要振型的频率的分析结果和实验结果。 激振实验 通过激振实验结果判断特征值分析的准确性。 静力分析 在分析模型中加载静力荷载。 动力分析 在分析模型中加载动力荷载，做时程分析。 二. MIDAS中用于成桥阶段分析的功能 MIDAS中用于永宗大桥成桥阶段分析所需的单元和功能参见表一。 表一 MIDAS中用于悬索桥分析的功能 类 别 内 容 适 用 使用单元 索单元 梁单元 变截面梁单元 主缆、吊杆 加劲梁 索塔 荷载功能 几何刚度初始荷载 时程分析数据 初始轴力(计算几何刚度) 将激振力换算为动力荷载 边界条件 点弹性支承 弹性连接 刚性连接 梁端刚域(偏心) 弹性支座(桥梁端部外侧) 弹性支座(索塔外侧) 主缆与鞍座的刚臂连接 下弦、腹杆、竖向构件偏心距离 分析功能 静力分析 特征值分析 时程分析 静力荷载作用下的反应 检查刚性质量模型的正确性 预测动力加载时的反应 查看结果 (后处理) 特征值分析图形和文本 时程图形和文本 与实测值的比较 动力分析 三. 分析模型 几何形状 如图1所示永宗大桥为主缆锚固在加劲梁上的自锚式悬索桥，其加劲梁在初始平衡状态有初始轴力作用。加劲梁分上下两层，下层中间部分为铁路。主要构件的名称参见图2。 主塔 主塔 主鞍 主鞍 加劲梁 加劲梁 图 1 分析模型 上层箱型 上层箱型 竖向构件 下弦构件 下层横向构件 中央辅助构件 图 2 标准截面图及构件名称 几何模型 永宗大桥的成桥阶段模型介绍如下： 主缆、吊杆 只受拉索单元 索的材料和截面使用了实际设计截面的特性值 将初始平衡状态的实际张力作为索的初始荷载输入，并由此计算索和吊杆的刚度 上层箱型梁 为了最大限度地准确模拟上层箱型梁的弯曲、剪切、扭转等反应，将箱型梁按梁格法模拟为七个梁的梁格。 横桥向的横膈板用等效的梁单元模拟，间距为12.5m，起连接主梁格的作用和连接吊杆的作用。 自锚式悬索桥的加劲梁沿桥全长受轴力，将轴力作为加劲梁的初始内力输入。 初始内力将用于计算P-Delta效应时构成几何刚度矩阵。 下弦构件、竖向构件、腹杆以及下部车道模型 以设计截面为基准，将下弦构件、腹杆、竖向构件、下部车道水平构件、中间辅助构件等用梁单元模拟。 与上部车道的构件一样，将初始平衡状态的轴力按初始内力输入。 下弦构件、腹杆、竖向构件的长度和节点间距离不同，使用梁端刚域命令修改长度。 主塔 用变截面模拟主塔构件。 利用刚性连接将主缆和索鞍连接起来，使其具有相同的位移。 边界条件 在桥梁端部左右外侧使用铰支座约束了竖向位移，且在同样的节点沿顺桥向和横桥向设置了剪切弹性支承，刚度为k=2500tonf/m。 在桥梁端部中间使用了风支撑(WIND SHOE)，用铰支座模拟，约束了横桥向位移。 主塔底部加了固端约束。 主塔水平构件的节点和加劲梁的节点不在同一个标高，使用弹性连接将对应节点连接起来模拟弹性支座，且在左右外侧支座上使用剪切弹性支承约束了沿顺桥向和横桥向的位移，剪切弹性支承刚度为k=2500tonf/m。 主塔水平构件中间支座使用了横桥向风支撑(WIND SHOE)，用具有很大刚度的弹性连接来模拟，约束了横桥向位移。 主塔底部 主塔底部 桥梁端部 主塔水平构件 (弹性连接) 图 3 边界条件 质量 结构的