搜索使用未知荷載系數(shù)功能做斜拉橋正裝分析
2016-11-27 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
在斜拉橋的設(shè)計中,需要計算能滿足成橋階段設(shè)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(nèi)力和位移。倒裝分析是在成橋階段求出滿足設(shè)
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(shù)應用到正裝分析中,會得到滿足設(shè)計條件的成橋狀態(tài)。但
是當需要考慮收縮和徐變時,因為收縮和徐變與結(jié)構(gòu)的形成過程有關(guān),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(nèi)力狀態(tài)。雖然目前有一些替
代方法(如迭代法),但正裝和倒推分析結(jié)果不一致(不閉合)的問題始終存在。所以在一些斜拉橋
設(shè)計中有很多設(shè)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(diào)試計
算,以期達到成橋階段的設(shè)計要求,分析工作相當繁瑣。
MIDAS/Civil 的未知荷載系數(shù)功能可求出滿足成橋階段設(shè)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(shè)計人
員繁瑣的試算問題,提高了設(shè)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(shù)功能的使用方法、考慮施工階段的未知荷載系
數(shù)的計算方法以及未知荷載系數(shù)的影響矩陣法。
1. 未知荷載系數(shù)的特點
MIDAS/Civil的未知荷載系數(shù)功能是使用優(yōu)化方法計算滿足制約條件及目標函數(shù)的各變量值的功能。例
如在斜拉橋設(shè)計中,可計算滿足設(shè)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(shù)的主要特點如下:
(1) 計算成橋階段的未知荷載系數(shù)
計算滿足成橋階段的設(shè)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(shù)
可以不做倒裝分析計算出滿足成橋階段設(shè)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(jié)果的影響矩陣。
(4) 可將影響矩陣轉(zhuǎn)換為Excel文件
可將影響矩陣轉(zhuǎn)換為包含計算公式的Excel文件,可用于調(diào)索和控制橋型。
(5) 可設(shè)置多種控制條件
控制條件可設(shè)置為位移、反力、桁架單元或梁單元的內(nèi)力限制,限制條件的數(shù)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(shù)的概率。
(7) 可將未知荷載系數(shù)轉(zhuǎn)換為荷載組合系數(shù)
在成橋階段求出未知荷載系數(shù)后,可將其自動轉(zhuǎn)換為荷載組合系數(shù),為迅速查看結(jié)果提供了方便。
2. 未知荷載系數(shù)使用方法
未知荷載系數(shù)功能可分為成橋階段未知荷載系數(shù)功能和考慮施工階段的未知荷載系數(shù)功能。成橋階段的
未知荷載系數(shù)功能在用戶手冊第三冊中已經(jīng)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(shù)
功能。
2.1 成橋階段未知荷載系數(shù)功能的使用方法
在成橋階段計算未知荷載系數(shù)的步驟如下:
2.2 考慮施工階段的未知荷載系數(shù)功能的使用方法
考慮施工階段計算未知荷載系數(shù)的步驟如下
3. 未知荷載系數(shù)的參數(shù)說明
3.1 使用未知荷載系數(shù)功能前需要輸入的參數(shù)
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(shù)數(shù)據(jù)
命令位置: 結(jié)果 > 未知荷載系數(shù)
名稱
輸入未知荷載系數(shù)數(shù)據(jù)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?？奢斎氲目刂茥l件有位移、反力、桁架單元和梁單元的內(nèi)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(chǎn)生彎矩或索塔頂端不產(chǎn)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(diào)整,所以施工過程中加勁梁
的豎向位移不會產(chǎn)生較大的內(nèi)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(shù)與權(quán)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(shù)的符號
選擇未知荷載系數(shù)的符號。
負 : 未知荷載系數(shù)均為負號
正負 : 未知荷載系數(shù)的符號有正有負
正 : 未知荷載系數(shù)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(shè)計人員應注意下列問題。
在CS 2中,內(nèi)力包括張拉索力引起的內(nèi)力和拆除臨時支座引起的內(nèi)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(nèi),則無法得到單獨張拉索力時的
未知荷載系數(shù)。
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(shù)
計算得到的未知荷載系數(shù),索力的未知荷載系數(shù)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(jié)果。
數(shù)值
未知荷載系數(shù)作用下控制項的結(jié)果。該結(jié)果應在控制目標范圍內(nèi)。
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(nèi)。
考慮施工階段的未知荷載系數(shù)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(shù)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(shè)計結(jié)果(內(nèi)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(shù)ij+j
i 1
且 Dj為與未知荷載系數(shù)無關(guān)的荷載的結(jié)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(jié)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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