兰州交大MIDAS作业之拱桥空间分析计算报告

1、一、建模思路1、定义材料和截面按给定材料和截面数据定义相关材料和截面，其中虚设梁为指定车辆移动荷载而设。 对虚设梁的材料和截面可输入任意的足够小的值以使其不致于对分析结果产生影响。先利用拱桥建模助手，输入矢高和跨径，生成拱肋。然后利用扩展线单元，选择“投影”并选中吊杆节点，选择相应材料、截面建立吊杆。全选复制生成另一拱肋及吊杆单元 扩展线单元生成横系梁及纵梁，桥面系斜撑的建立可先复制后镜像生成。最后建立拱上斜 支撑和横向支撑及虚拟梁。（其中吊杆单元为桁架单元，其余均为梁单元）。建立完成后的 模型如图 1：2.建模图 1.全桥模型3.边界条件按照题目所给 B1-B4 约束条件对模型施加边界约束，

2、支撑构件的两端对单元坐标系y、z 轴为铰接条件，与主梁相连接的横系梁两端对单元坐标系 y、z 轴为铰接条件。吊杆与拱肋及主梁选择刚性连接。边界施加后如图 2 所示。图 2.边界条件4. 车辆移动荷载和静力荷载图 3.自振周期及频率为求得吊杆初张力，先假设为 18 根吊杆初张力均为 1KN。运行结果后再进行调试。初张力数值表如图 4 所示。图 4.初张力数据表运行后，进行荷载组合。将自重、固定荷载及人行道荷载组合做为恒载状况。分别查看恒载和活载内力图及变形图。图形结果如图所示。5.运行分析，查看结果图 5.恒载作用下内力图图 6.活载作用下内力图图 7.恒载作用下变形图图 8.活载作用下变形图二

3、、吊杆力计算及吊杆优化设计1. 刚性支承连续梁法所谓刚性支承连续法就是求一组恒载张拉力值,使系梁与吊杆连接处节点在恒载和张拉力的作用下,在成桥状态下的位移为零,并且同时认为系梁内的弯矩为刚性支承连续梁弯矩。可见此处在确定吊杆的内力时,主要以位移为控制目标(若为一次落架时同于零位移法),以保证最终成桥时的线型。根据一次落架方式可以算出在恒载 g 作用下而柔性吊杆初始张拉力为零时, 吊杆与主梁连接处节点的垂直位移,然后依次算出吊杆受单元力时对这些点的位移影响量 ki, k 为节点编号, i 为吊杆编号, 于是在恒载和吊杆力的共同作用下, 以使各控制节点变位等于零为目标, 可以写出线性方程组: A

4、X + = 0 ( 1)其中:X = x1x2xn xi :表示第 i 根吊2. 吊杆初张力求解首先定义荷载组合，将固定荷载和各个吊杆初张力系数均设为 1，如图 9 所示。杆的张拉力矢量; = 1g2gngig 表示位移矢量。图 9.荷载组合表然后利用迈达斯的索力调整功能，以吊杆与主梁相交的各个节点的竖向位移 Dz=0 做但是由于计算数据量庞大，电脑经常处于死机状态。故采取未知荷载系数法求解影响矩阵。相关数据见附图 11。为控制目标。点击搜索按钮进行相关参数设置，系统自动进行求解。索力调整界面如图 10所示。图 11.未知荷载系数法生成的结果如图 12 所示，将其导出为 excel 文件。图

5、12.未知荷载系数法求解结果将结果整理制作表格如下：单元号荷载工况初张力（KN）11张力 13103.5200212张力 25319.9609413张力 37545.483414张力 49134.3681615张力 59683.079116张力 69101.2343817张力 77482.9785218张力 85246.9243219张力 93048.8002940张力 106107.9023441张力 116514.5878942张力 127429.4672943张力 138290.4355544张力 148597.658245张力 158226.2978546张力 167305.56934

6、47张力 176346.8852548张力 185929.513183. 优化设计（1） 调索前后内力比较图 14.恒载作用下内力图（ 确定吊杆初张力后）将原模型复制供优化设计使用，将求解出来的初张力代替原来的假设张力。运行分析，看位移变化是否满足要求。结果如下图：查由位移变化等值线图可知：主梁平面大部分节点位移均为 0，中间两个单元位移稍大，.26e-4，近似为 0。说明求解方法可行。此时，查看恒载作用下内力图，如下图所示：图 13.位移变化为 1图 15.活载作用下内力图（ 确定吊杆初张力后）图 16.恒载和吊杆张力作用下内力图（确定吊杆初张力后）由以上图形数据可得知：在张拉力调整前，最大

7、弯矩为 1.9e+003KN*m；调整后仅在恒载作用下，弯矩降为 1.22 e+003KN*m；吊杆张力与恒载共同作用下，弯矩进一步降为4.74 e+002KN*m。这说明吊杆参与了结构受力，并减小了主梁相应的弯矩。方法：做出吊杆内力图及内力表格，将表格内数据绘制图形查看吊杆内力趋势。按照标准抗拉强度 1860MPa 考虑，即将各个吊杆内力除以钢绞线强度值，即可得出各个吊杆化后的面积。相关图表如下：（2） 吊杆截面尺寸优化图 17.吊杆内力图（确定吊杆初张力后）图 18.各个吊杆内力图（确定吊杆初张力后）最终求出的结果如下：2吊杆内力表及优化结果单元荷载内力-I(kN)内力-J (kN)面积（

8、mm ）直径（mm）11荷载 1553550.87297.358319.4627912荷载 1556552.04298.915519.5136913荷载 1557551.87299.486319.5323114荷载 1557551.20299.523619.5335315荷载 1558551.47299.802519.5426216荷载 1557551.36299.611319.5363917荷载 1557551.78299.44119.5308318荷载 1556552.11298.95419.5149519荷载 1553550.90297.377719.4634340荷载 1705702.84379.064821.9746541荷载 1531526.88285.390119.067142荷载 1554548.42297.632419.4717643荷载 1552545.96296.707219.4414844荷载 1552546.33297.03819.4523145荷载 1552545.96296.709919.4415646荷载 1554548.32297.580719