搜索使用未知荷載系數功能做斜拉橋正裝分析
2016-11-27 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
在斜拉橋的設計中,需要計算能滿足成橋階段設計條件(加勁梁的彎矩分布均勻、索塔不受或只受
較小的彎矩作用、均勻的索張力布置等)的各施工階段索的張力,從而要求進行較為精確的施工階
段分析。施工階段分析可為正裝和倒裝分析。正裝分析是按實際施工順序建立各階段模型,逐步
安裝加勁梁和拉索,通過分析得到各施工階段的內力和位移。倒裝分析是在成橋階段求出滿足設
計條件的索的張力后,按與實際施工順序相反的方向建立各階段模型,逐步拆除橋梁段和拉索,
通過倒退分析可獲得各施工階段索的張力。
從理論上說,將倒退分析獲得的各參數應用到正裝分析中,會得到滿足設計條件的成橋狀態。但
是當需要考慮收縮和徐變時,因為收縮和徐變與結構的形成過程有關,而倒退分析在時間上是逆
時間順序的,所以一般的倒退分析無法準確地反應各階段的位移和內力狀態。雖然目前有一些替
代方法(如迭代法),但正裝和倒推分析結果不一致(不閉合)的問題始終存在。所以在一些斜拉橋
設計中有很多設計公司只做正裝而不做倒退分析,這樣在各施工階段需要多次對索力進行調試計
算,以期達到成橋階段的設計要求,分析工作相當繁瑣。
MIDAS/Civil 的未知荷載系數功能可求出滿足成橋階段設計要求(加勁梁的彎矩分布均勻、索塔不
受或只受較小的彎矩作用、均勻的索張力布置等)的各施工階段的較為理想的索力,解決了設計人
員繁瑣的試算問題,提高了設計精度和工作效率。
本文將通過例題介紹 MIDAS/Civil 的未知荷載系數功能的使用方法、考慮施工階段的未知荷載系
數的計算方法以及未知荷載系數的影響矩陣法。
1. 未知荷載系數的特點
MIDAS/Civil的未知荷載系數功能是使用優化方法計算滿足制約條件及目標函數的各變量值的功能。例
如在斜拉橋設計中,可計算滿足設計人員指定的制約條件(加勁梁的彎矩分布均勻,索塔受較小的彎矩
等)荷載(索力、支座移動等),這些力可使用在正裝分析中。
未知荷載系數的主要特點如下:
(1) 計算成橋階段的未知荷載系數
計算滿足成橋階段的設計要求的各索的張力值,可用于倒裝分析。
(2) 考慮施工階段的影響,確定各施工階段的未知荷載系數
可以不做倒裝分析計算出滿足成橋階段設計要求的各施工階段的索力。
(3) 提供成橋階段和施工階段的影響矩陣
分析施工過程中索力和橋型的誤差原因,提供影響成橋階段結果的影響矩陣。
(4) 可將影響矩陣轉換為Excel文件
可將影響矩陣轉換為包含計算公式的Excel文件,可用于調索和控制橋型。
(5) 可設置多種控制條件
控制條件可設置為位移、反力、桁架單元或梁單元的內力限制,限制條件的數量可任意多。
(6) 控制條件可輸入固定值或上下限
因為可輸入固定值和上下限,所以縮小了找不到未知荷載系數的概率。
(7) 可將未知荷載系數轉換為荷載組合系數
在成橋階段求出未知荷載系數后,可將其自動轉換為荷載組合系數,為迅速查看結果提供了方便。
2. 未知荷載系數使用方法
未知荷載系數功能可分為成橋階段未知荷載系數功能和考慮施工階段的未知荷載系數功能。成橋階段的
未知荷載系數功能在用戶手冊第三冊中已經有例題說明。本文將著重說明考慮施工階段的未知荷載系數
功能。
2.1 成橋階段未知荷載系數功能的使用方法
在成橋階段計算未知荷載系數的步驟如下:
2.2 考慮施工階段的未知荷載系數功能的使用方法
考慮施工階段計算未知荷載系數的步驟如下
3. 未知荷載系數的參數說明
3.1 使用未知荷載系數功能前需要輸入的參數
先做成橋階段分析后,在后處理中將施工階段移動到Post CS階段
3. 2 輸入未知荷載系數數據
命令位置: 結果 > 未知荷載系數
名稱
輸入未知荷載系數數據的名稱。
階段名稱
選擇指定控制條件的施工階段,一般可選擇最后施工階段。
約束條件
輸入控制條件。可輸入的控制條件有位移、反力、桁架單元和梁單元的內力。一般來說,斜拉橋中的
控制條件如下:
加勁梁的彎矩盡量要小切分布均勻
索塔產生彎矩或索塔頂端不產生水平位移
拉索的張力分布均勻
加勁梁的豎向位移
一般來說,施工階段過程中加勁梁的橋型可通過施工和制作預拱度進行調整,所以施工過程中加勁梁
的豎向位移不會產生較大的內力。因此控制成橋階段加勁梁的彎矩和索塔頂端的位移比控制施工階段
過程中加勁梁的豎向位移更有實際意義。
最大絕對值 : 各荷載系數與權重值的乘積的絕對值中最大值
Obj. =Maximum T W T W11,2 2,???,T Wnn
系數的符號
選擇未知荷載系數的符號。
負 : 未知荷載系數均為負號
正負 : 未知荷載系數的符號有正有負
正 : 未知荷載系數均為正號
如圖4所示,要得到CS2階段滿足控制條件的索力,設計人員應注意下列問題。
在CS 2中,內力包括張拉索力引起的內力和拆除臨時支座引起的內力兩部分。
如果將張拉索和拆除臨時支座定義在相同階段的同一子步驟內,則無法得到單獨張拉索力時的
未知荷載系數。
可在CS 2中將張拉索和拆除臨時支座定義為兩個子步驟。
表1. 圖4的施工階段定義
系數
計算得到的未知荷載系數,索力的未知荷載系數就是該施工階段索的張力。將這里得到的索力反映到
各施工階段,重新做施工階段分析即可得到滿足成橋階段控制條件的結果。
數值
未知荷載系數作用下控制項的結果。該結果應在控制目標范圍內。
上限、下限
控制條件的范圍。
影響矩陣
輸出影響矩陣。
將影響矩陣輸出到Excel內。
考慮施工階段的未知荷載系數功能是求在滿足某施工階段(如圖1的?)控制條件(圖1的?)時,計算特定
階段(圖1的?)的未知荷載系數的方法。
3.5 影響矩陣
影響矩陣就是當作用單位荷載時,對設計結果(內力、位移、反力)的影響值。影響矩陣可用于分析各施
工階段的索力對成橋階段的影響。圖6的?為影響矩陣,可用下面公式表達。
n
Valuej= ∑ Factori? D
影響系數ij+j
i 1
且 Dj為與未知荷載系數無關的荷載的結果。
圖6中約束條件Ele-03是約束了加勁梁與索連接位置的負彎矩,約束條件Ele-03的結果是按下列公式計算
的。
?230 89.01× ?5.355 155.4 1.399 375.32 3.957 251.37 0.625 332.31 0.055 42.66 0.693 1660.9+ × ?
且,Dj (–1660.9)是索張力以外的恒荷載和二期荷載引起的彎矩。
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