陳

輝北京邁達斯技術(shù)有限公司張弦梁結(jié)構(gòu)基本理論Gen中幾種預(yù)應(yīng)力施加方式目錄CONTENT結(jié)構(gòu)找形分析結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析張弦梁結(jié)構(gòu)1基本理論?

張弦梁結(jié)構(gòu)簡介?

索單元特性1基本理論張弦梁結(jié)構(gòu)（BeamStringStructure）Part上海浦東國際機場航站日本酒田國體紀(jì)念體育館樓廣州國際會議展覽中心1基本理論張弦梁結(jié)構(gòu)（BeamStringStructure）Part空間張弦梁結(jié)構(gòu)大多是以平面張弦梁結(jié)構(gòu)為基本組成單元，通過不同形式的空間布置形成的以空間受力為主的張弦梁結(jié)構(gòu)。雙向張弦梁結(jié)構(gòu)單向張弦梁結(jié)構(gòu)多向張弦梁結(jié)構(gòu)輻射式張弦梁結(jié)構(gòu)1基本理論張弦梁結(jié)構(gòu)（BeamStringStructure）Part“用撐桿連接抗彎受壓構(gòu)件和抗拉構(gòu)件而形成的自平衡體系”——日本大學(xué)的M.Saitoh教授梁拉索撐桿一類新型的大跨度結(jié)構(gòu)體系1基本理論索的結(jié)構(gòu)的剛度特征Part索結(jié)構(gòu)具有兩個與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的特點：?

索結(jié)構(gòu)中可以存在機構(gòu)或瞬變自由度。?

索結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是一種非線性結(jié)構(gòu)基于UL坐標(biāo)描述法推導(dǎo)得到的單元平衡方程為：n?u

=

?n+1

-??n+應(yīng)力非線性剛度結(jié)構(gòu)在組合荷載作用下的線性剛度彈性模量：?

=

2.06

×

105??a抗拉強度：?

=

2.35

×

102??a1基本理論索結(jié)構(gòu)的三種力學(xué)狀態(tài)Part?

零狀態(tài)——結(jié)構(gòu)不承受任何預(yù)張力和外荷載的作用時的狀態(tài)是零狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)加工放樣無應(yīng)力狀態(tài)后的狀態(tài)；?

初始態(tài)——預(yù)張力與自重共同作用的工作狀態(tài)成為初始狀態(tài)；?

荷載態(tài)——顧名思義，結(jié)構(gòu)在初始狀態(tài)的基礎(chǔ)上，考慮各種其他工作荷載時的情況稱為荷載態(tài)。預(yù)應(yīng)力在midas

Gen中的施加?

定義索單元時定義預(yù)應(yīng)力?

初拉力荷載?

幾何剛度初始荷載?

初始單元內(nèi)力2基本理論Part計算單元?

梁單元：6個自由度，可受軸力、剪力、彎矩作用?

桁架單元：2個自由度、只受軸向拉壓作用?

索單元：計算模型假定：1）索只能承受拉力，不能承受壓力和彎矩；2）索單元是非線性單元3）隨著內(nèi)力的變化幾何剛度發(fā)生變化4）有了初始剛度索單元才能承受各種荷載2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part索單元的不同分析方式

線性分析——索單元被等效為桁架單元，其剛度為彈性剛度和下垂剛度兩部分組成1???彈性剛度：??

=?

=1??1+????12?3下垂剛度：????

=2

3?

?

非線性分析——索單元自動轉(zhuǎn)化為彈性懸鏈線索單元?

設(shè)置非線性分析工況?

按考慮大變形的懸索單元進行分析2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part①定義索單元時定義預(yù)應(yīng)力（主菜單>節(jié)點/單元>單元>建立單元>只受拉/鉤/索單元）

無應(yīng)力索長???0.5

<

?

<

1.5?????????

<

?時——引入初拉力

?

=(??

=

?

?

??)???

>

?時——索下垂，懸鏈線狀態(tài)--懸索單元

初拉力輸入沿單元坐標(biāo)系X軸方向的預(yù)應(yīng)力荷載；

水平力輸入沿水平力方向作用的荷載2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part①定義索單元時定義預(yù)應(yīng)力（主菜單>節(jié)點/單元>單元>建立單元>只受拉/鉤/索單元）?

僅用于幾何非線性分析，一般的線性分析時將被忽略；施加1kN初拉力施加900kN初拉力自重工況下梁單元內(nèi)力?

迭代計算時，第一步即產(chǎn)生初始剛度，該拉力對其它構(gòu)件也有影響2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part①定義索單元時定義預(yù)應(yīng)力（主菜單>節(jié)點/單元>單元>建立單元>只受拉/鉤/索單元）?

對所有荷載工況結(jié)果都有影響?

張拉后，索中拉力不為定義時添加的初拉力2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part②幾何剛度初始荷載（主菜單>荷載>荷載類型>靜力荷載>初始荷載/其他>初始荷載>大位移>幾何剛度初始荷載）

程序會根據(jù)輸入的初始荷載計算出平衡外力(反力)，并生成初始平衡狀態(tài)。在此初始平衡狀態(tài)下做結(jié)構(gòu)的分析。

僅用于非線性分析2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part②幾何剛度初始荷載（主菜單>荷載>荷載類型>靜力荷載>初始荷載/其他>初始荷載>大位移>幾何剛度初始荷載）?

空工況下，索單元內(nèi)力

=幾何剛度初始荷載2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part②幾何剛度初始荷載（主菜單>荷載>荷載類型>靜力荷載>初始荷載/其他>初始荷載>大位移>幾何剛度初始荷載）?

只產(chǎn)生剛度，對其他構(gòu)件的內(nèi)力和位移沒有影響。?

如果工程中需要計算的是索張拉后結(jié)構(gòu)在其它荷載工況下效應(yīng)（承載能力極限狀態(tài)驗算），且不考慮預(yù)應(yīng)力作用下其他構(gòu)件中的內(nèi)力時，可采用該方法。2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part③初始單元內(nèi)力（主菜單>荷載>荷載類型>靜力荷載>初始荷載/其他>初始荷載>小位移>初始單元內(nèi)力）?

只適用于線性分析和動力分析?

常用于同時考慮“索單元的效應(yīng)”和特征值分析等線性分析。2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part③初始單元內(nèi)力（主菜單>荷載>荷載類型>靜力荷載>初始荷載/其他>初始荷載>小位移>初始單元內(nèi)力）勾選“給單元添加初始荷載”，會將初始單元內(nèi)力中定義的荷載添加到指定的荷載工況中。該功能用于將某一工況的內(nèi)力作為初始單元內(nèi)力進行分析2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part③初始單元內(nèi)力?

查看某工況結(jié)果時，需將此工況與初始單元內(nèi)力所在空工況進行組合2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part③初始單元內(nèi)力?

查看某工況結(jié)果時，需將此工況與初始單元內(nèi)力所在空工況進行組合雪荷載+空工況組合工況下索內(nèi)力結(jié)果雪荷載工況下索內(nèi)力結(jié)果2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part④初拉力荷載（主菜單>荷載>荷載類型>溫度/預(yù)應(yīng)力>預(yù)應(yīng)力>初拉力）?

為外荷載，對其他構(gòu)件有影響?

不產(chǎn)生初始剛度，因而分析可能不容易收斂；可以用幾何剛度初始荷載對索單元添加一個較小的剛度??

=

02預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part④初拉力荷載（主菜單>荷載>荷載類型>溫度/預(yù)應(yīng)力>預(yù)應(yīng)力>初拉力）?

需定義荷載工況，對其他荷載工況不起作用?

施工階段分析時，可采用該方法對索分批張拉?

用于線性分析和非線性分析2預(yù)應(yīng)力施加的四種方法Part小結(jié)建立索單元時施加預(yù)應(yīng)力施加方法幾何剛度初始荷載（2）初拉力荷載（3）初始單元內(nèi)力（4）（1）類型類似于外力內(nèi)力外力內(nèi)力適用于所有工況；但初始荷載僅添加到指定工況的內(nèi)力中結(jié)構(gòu)處于初始的平衡狀態(tài)，可以作為其他荷載工況的初始狀態(tài)荷載工況適用于所有工況適用于所有工況；只屬于某特定荷載工況無初始剛度，分析不收斂。需在建立索單元時施加一比較小的預(yù)應(yīng)力值內(nèi)力≠初拉力；有位移空工況內(nèi)力=初始荷載；無位移內(nèi)力=初始荷載；無位移優(yōu)先級（1）、（2）同時考慮時（1）不起作用；其他情況共同作用。只適用于非線性分析，對線

大位移下幾何剛度初始荷載小位移下初始荷載用于線性分析或動力分析分析類型線性&非線性都起作用性分析不起作用用于非線性分析可用于施工階段分析，比如分批張拉等應(yīng)用可用于找形分析可用于其他荷載工況的分析可用于其他荷載工況的分析非線性分析線性分析張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析3結(jié)構(gòu)找形分析Part找形分析——

尋找初始態(tài)幾何和內(nèi)力；

圖紙幾何等于零狀態(tài)幾何（零狀態(tài)已知）；張拉索自重作用下零狀態(tài)初始態(tài)找形分析的目標(biāo)：尋找并確定預(yù)應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)在自重預(yù)張力作用下結(jié)構(gòu)的位移量為0。3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法一：Gen中逆迭代法找性分析逆迭代法的基本思想——①

假設(shè)一零狀態(tài)幾何（通常第一步迭代就取初始態(tài)的形狀）;②

在該零狀態(tài)幾何上施加預(yù)應(yīng)力（通過索單元—初拉力F—模擬對索單元進行張拉；③

定義幾何非線性分析控制數(shù)據(jù)，運行分析求出對應(yīng)的結(jié)構(gòu)變形后的形狀（位移）；④

多次調(diào)整輸入的初拉力

F大小，直到結(jié)構(gòu)自重工況下結(jié)構(gòu)位移量接近于0.施加預(yù)應(yīng)力幾何非線性分析3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法一：Gen中逆迭代法3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法二：Gen中節(jié)線法（手算）節(jié)線法一般來說把張弦梁的荷載換算成集中荷載，加載到拉索上，然后將索分別投影在豎直面和水平面上，利用在各自平面上張力和恒荷載的平衡關(guān)系進行分析，求出拉索水平力及撐桿下節(jié)點坐標(biāo)。參考文獻：舒哲、錢江、朱鋒等

《節(jié)線法在張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析中的應(yīng)用》3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法三：利用Civil

進行結(jié)構(gòu)找形①利用MCT命令導(dǎo)入midas

Gen的模型數(shù)據(jù)3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法三：利用Civil

進行結(jié)構(gòu)找形②定義垂點組與更新節(jié)點組3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法三：利用Civil

進行結(jié)構(gòu)找形③利用懸索橋分析控制精確通過精確的分析，程序自動更新坐標(biāo)和索拉力，并根據(jù)結(jié)構(gòu)自重和索初拉力計算結(jié)構(gòu)的平衡力。添加考慮荷載工況選擇與索的拉力形成平衡的荷載工況。一般選擇作用在結(jié)構(gòu)物的自重、恒載等。找形3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法三：利用Civil

進行結(jié)構(gòu)找形④將找形結(jié)束后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Gen中3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法三：利用Civil

進行結(jié)構(gòu)找形⑤驗證平衡狀態(tài)3結(jié)構(gòu)找形分析Part初狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布的確定方法三：利用Civil

進行結(jié)構(gòu)找形⑤驗證平衡狀態(tài)張弦結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析?

線性分析（反應(yīng)譜分析）?

幾何非線性分析4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part張弦梁結(jié)構(gòu)分析是否需要考慮幾何非線性？索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ257-2012)5.1.2條

索結(jié)構(gòu)應(yīng)分別進行初始預(yù)拉力及荷載作用下的計算分析，計算中均應(yīng)考慮幾何非線性影響。對于跨度較大的張弦梁結(jié)構(gòu)，在下弦拉索的張拉階段，即由零狀態(tài)變化到初始態(tài)的過程中，結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)較大的變形。因此在保證上弦構(gòu)件的加工精度的前提下，有些研究結(jié)論建議考慮幾何非線性的影響。在張弦梁荷載態(tài)分析時，考慮幾何非線性效應(yīng)的分析結(jié)果和線性分析結(jié)果非常接近。因此該類結(jié)構(gòu)荷載態(tài)的分析可不考慮幾何非線性的影響，即符合小變形的假定。4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part線性分析1輸入初始單元內(nèi)力輸入找形分析后初始態(tài)內(nèi)力4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part2給單元添加初始荷載此選項用于將輸入的初始單元內(nèi)力添加給指定的荷載工況。如果不添加，則在分析時只考慮初始單元內(nèi)力引起的幾何剛度影響，在相應(yīng)荷載工況的內(nèi)力結(jié)果中，不包含初始單元內(nèi)力。將初始單元內(nèi)力賦予一個空工況4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part3進行正常的反應(yīng)譜分析?

輸入?yún)⑴c分析的荷載工況，包括活荷載、風(fēng)荷載、地震荷載等。?

運行分析?

查看結(jié)果：若想單獨查看某一荷載工況下內(nèi)力和變形，需要定義荷載組合：定義空工況和該工況的組合4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part4結(jié)果查看雪荷載+空工況組合工況下索內(nèi)力結(jié)果雪荷載工況下索內(nèi)力結(jié)果4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part非線性分析②生成非線性荷載工況①

自動生成荷載組合建立或修改需要轉(zhuǎn)換成非線性荷載工況的荷載組合4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part非線性分析非線性平衡路徑跟蹤技術(shù)Newton-Raphson:定將非線性方程的求解轉(zhuǎn)換成相應(yīng)線性修正方程多次迭代求解。義非T

a

[K

]{

u}

{F

}

{F

}nr線{Fa

}:節(jié)點載荷{Fnr

}:節(jié)點力一個子步的多次平衡迭代：載荷性分析控制數(shù)據(jù)位移4結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析Part非線性分析非線性平衡路徑跟蹤技術(shù)弧長法:?

當(dāng)荷載增量不變或位移增量不變的迭代路徑存在局限性時用此方法定義非線性分位移控制法析控?

當(dāng)荷載-位移曲線在結(jié)果屈曲點以后很陡地下降，