朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁用MIDAS/Civil做斜拉橋正裝分析1.斜拉橋正裝分析和未閉合配合力功能在斜拉橋設計中，可通過成橋階段分析得到結構的一些須要數(shù)據(jù)、拉索的截面和張力等，除此之外斜拉橋還需要舉行施工階段分析。按照施工主意的不同，斜拉橋的結構體系會發(fā)生顯著的變化，施工中有可能產生比成橋階段更不利的結果，所以斜拉橋的設計要做施工階段分析。按施工的順序舉行分析的主意叫施工階段的正裝分析(ForwardAnalysis)。普通通過正裝分析驗算各個施工階段的產生應力，檢查施工主意的可行性，總算找出最佳的施工主意。舉行正裝分析比較艱難的是如何輸入拉索的初始張拉力，為了得到初始張拉力值通常先舉行倒拆分析，然后再利用求出的初始張拉力舉行正裝分析。采用這種分析主意，工程師普遍會經歷的困窘是：1)在舉行正裝分析時可以看出正裝和倒拆的張力不閉合。2)因為合攏段在倒拆分析和正裝分析時的結構體系差異，導致正裝分析時得到的總算階段(成橋階段)的內力與單獨做成橋階段分析(平衡狀態(tài)分析)的結果有差異。初始平衡狀態(tài)分析（成橋階段分析）時，同時考慮了所有結構的自重、索拉力以及二期荷載的影響。但在正裝分析時，合攏之前所有階段的加勁梁會因為自重、索拉力產生變形，合攏時合攏段只受自身的自重影響而不受其它結構的自重和索拉力的影響。如上所述，結構體系的差異導致了初始平衡狀態(tài)分析（成橋階段分析）與正裝分析的總算階段的結果產生了差異。產生上述張力不閉合的緣故，大部分是因為工程師沒有徹低控制索的基本原理或沒有適當?shù)姆治鲕浖?。實際上是不應該產生內力不閉合的，其理由如下：1)從理論上講，在彈性范圍內正裝分析和倒拆分析在同一階段的結果應該相同。2)倘若在計算時考慮合攏段在合攏時的閉合力，就能夠得出與初始平衡狀態(tài)分析(成橋階段分析)相同的結果。從斜拉索的基本原理上看，倒拆分析就是以初始平衡狀態(tài)（成橋階段）為參考計算出索的無應力長，再按照結構體系的變化計算索的長度變化，從而得出索的各階段張力。一個可行的施工階段設計，其正裝分析同樣可以以成橋階段的張力為基礎求出索的無應力長，然后考慮各施工階段的索長變化得出各施工階段索的張力。目前以上述理論為基礎的程序都是大位移分析為主，其緣故是懸臂法施工在安裝拉索時的實際長度取值是按實際位移計算的。普通來說新安裝的構件會沿著之前安裝的構件切線方向安裝，舉行大位移分析時時，因為切線安裝產生的假想位移是很容易求出來的，但是小位移分析要通過考慮假想位移來計算拉索的張力是很難的。MIDAS/Civil能夠在小位移分析中考慮假想位移，以無應力長為基礎舉行正裝分析。這種通過無應力長與索長度的關系計算索初拉力的功能叫未閉合配合力功能。利用此功能可不必舉行倒拆分析，只要舉行正裝分析就能得到總算理想的設計橋型和內力結果。未閉合配合力詳細包括兩部分，一是因為施工過程中產生的結構位移和結構體系的變化而產生的拉索的附加初拉力，二是為使安裝合攏段時達到設計的成橋階段狀態(tài)合攏段上也會產生附加的內力。舉行正裝分析時，把計算的拉索與合攏段的未閉合配合力反映在索張力和合攏段閉合內力上，就能使初始平衡狀態(tài)和施工階段正裝分析的總算階段的結果相同。

1.1未閉合配合力的計算–拉索首先，在安裝拉索的前一階段，求出拉索兩端節(jié)點的位移。利用拉索兩端的位移，求拉索變形前長度（L）與變形后長度（L’）之差。按照差值求出相應的拉索附加初拉力(ΔT)。把求出的附加初拉力(ΔT)和初始平衡狀態(tài)分析時計算得出的初拉力(T)疊加作為施工階段的控制張力舉行施工階段的正裝分析。 1.2未閉合配合力的計算–合攏段三跨延續(xù)斜拉橋的中間合攏段合攏時，不會產生內力（只產生自重引起的內力），所以合攏段與兩側橋梁段之間形狀是不延續(xù)的。為了讓合攏段延續(xù)地銜接在兩側橋梁段上，求出合攏段兩端所需的強制變形值，將其換算成能夠產生此變形的內力，并將其施加給合攏段后銜接在兩側橋梁段上。

1.3MIDAS/Civil軟件考慮未閉合配合力的主意首先把要計算未閉合配合力的索單元或梁單元定義為一個結構組。然后在“施工階段分析控制數(shù)據(jù)”對話框里的“賦予各施工階段中新激活構件初始切向位移”選項和“未閉合配合力”選項前面打勾，然后在右側的列表里面挑選要計算未閉合配合力的結構組。未閉合配合力控制是安裝拉索時找出所需拉索張力的功能，在“索初拉力控制”里面挑選“體內力”。1.4考慮未閉合配合力的施工階段正裝分析注重事項正裝分析時安裝拉索和輸入張力的階段，不能激活和鈍化除索單元和索張力以外的單元和其它荷載。

2.測試例題–1(兩跨非對稱斜拉橋)2.1測試模型－01的概況單元類型彈性模量(kN/m2)容重(kN/m3)拉索桁架1.95e80加勁梁梁剛性250圖1模型－01的模型2.2初始平衡狀態(tài)分析首先利用優(yōu)化主意計算出成橋狀態(tài)使加勁梁位移最小的索的張力。拉索初拉力(kN)主跨M11007.782M21068.000M31179.248M41328.768M51505.199M61700.184M71908.042M82125.000M92348.537M102576.941背索B1~B101767.767初始平衡狀態(tài)位移(單位：mm)圖2初始平衡狀態(tài)的位移初始平衡狀態(tài)的彎矩(單位:kN-m)圖3初始平衡狀態(tài)彎矩初始平衡狀態(tài)的索力(單位:kN)圖4初始平衡狀態(tài)索力

2.3施工階段正裝分析各施工階段模型Stage6Stage1Stage6Stage1Stage19Stage14Stage19Stage14Stage29(總算階段)Stage29(總算階段)Stage24圖5各施工階段模型和荷載橋面板的自重用擴散荷載來考慮，在設置拉索的階段除索單元和索的張力以外沒有激活其他的單元或荷載。

2.4總算彎矩圖6初始平衡狀態(tài)分析圖7輸入倒拆分析中求得的施工控制張力－總算階段圖8考慮未閉合配合力的正裝分析－總算階段2.5總算階段索的張力拉索號未考慮未閉合配合力考慮未閉合配合力成橋階段11007.771007.771007.7721068.031068.031068.0331179.301179.301179.3041328.821328.821328.8251505.241505.241505.2461700.191700.191700.1971908.031908.031908.0382124.972124.972124.9792348.502348.502348.50102576.892576.892576.89背索1767.771767.771767.77倒拆->正裝倒拆->正裝未閉合配合力成橋階段圖9各分析主意的索力比較

2.6總算階段加勁梁變形節(jié)點成橋階段倒拆正裝誤差(%)未閉合配合力誤差(%)10.0040480.00000499.90%0.0040480.0020.000966-0.3512736463.56%0.0009660.003-0.00212-0.70255-33101.70%-0.002120.004-0.00520-1.05382-20173.64%-0.00520.005-0.00828-1.4051-16871.86%-0.008280.006-0.01136-1.75638-15359.70%-0.011360.007-0.01444-2.10765-14492.90%-0.014440.008-0.01752-2.45893-13931.78%-0.017520.009-0.02061-2.81021-13537.80%-0.020610.0010-0.02369-3.16148-13246.34%-0.023690.0011-0.02677-3.51276-13021.99%-0.026770.0012-0.02985-3.86403-12843.97%-0.029850.0013-0.03293-4.21531-12699.65%-0.032930.0014-0.03602-4.56659-12579.68%-0.036020.0015-0.03910-4.91786-12478.61%-0.03910.0016-0.04218-5.26914-12392.33%-0.042180.0017-0.04526-5.62041-12318.06%-0.045260.0018-0.04834-5.97169-12253.01%-0.048340.0019-0.05142-6.32297-12195.75%-0.051420.0020-0.05451-6.67424-12144.97%-0.054510.0021-0.05759-7.02552-12099.62%-0.057590.00倒拆->正裝倒拆->正裝未閉合配合力成橋階段圖10各分析主意的總算階段位移

倒拆分析各階段索力(CS1~CS29)CSCableNo.2122232425262728293011259.724283.131078.71132.041075.61311.151334.32999.761050.91150.31291.571026.81191.91387.581006.11854.12604.691028.71131.51276.41450.1101005.51142.41316.01511.711903.31483.72021.52489.5121013.71114.91259.21432.91626.413993.41115.91278.31466.11670.114855.11311.91751.52148.42504.0151003.11102.31245.31418.51611.81818.916985.51099.51255.31438.51639.31851.917826.31214.51599.71957.22285.42590.518995.21092.51234.51407.01600.11807.12023.719979.81088.21239.81419.91618.71830.02049.820806.31151.71503.01836.12147.32440.62721.121989.01084.91225.81397.91590.71797.62014.22237.722975.41079.91228.51406.61604.01814.32033.52259.023791.11107.51435.91752.62052.52337.92612.82880.424984.01078.61218.81390.41583.01789.82006.42229.92458.525971.71073.41219.91396.51592.91802.62021.32246.52476.426778.61074.31386.51691.51983.22263.12534.22799.03059.527979.81073.41212.91384.21576.61783.41999.92223.42452.02684.428968.71068.21213.01388.51584.21793.42011.82236.82466.52699.8291007.81068.01179.31328.81505.21700.21908.02125.02348.52576.9正裝分析各階段索力(CS1~CS29)–未閉合配合力CSCableNo.2122232425262728293011259.724283.131078.71132.041075.61311.151334.32999.761050.91150.31291.571026.81191.91387.581006.11854.12604.691028.71131.51276.41450.1101005.51142.41316.01511.711903.31483.72021.52489.5121013.71114.91259.21432.91626.413993.41115.91278.31466.11670.114855.11311.91751.52148.42504.0151003.11102.31245.31418.51611.81818.916985.51099.51255.31438.51639.31851.917826.31214.51599.71957.22285.42590.518995.21092.51234.51407.01600.11807.12023.719979.81088.21239.81419.91618.71830.02049.820806.31151.71503.01836.12147.32440.62721.121989.01084.91225.81397.91590.71797.62014.22237.722975.41079.91228.51406.61604.01814.32033.52259.023791.11107.51435.91752.62052.52337.92612.82880.424984.01078.61218.81390.41583.01789.82006.42229.92458.525971.71073.41219.91396.51592.91802.62021.32246.52476.426778.61074.31386.51691.51983.22263.12534.22799.03059.527979.81073.41212.91384.21576.61783.41999.92223.42452.02684.428968.71068.21213.01388.51584.21793.42011.82236.82466.52699.8291007.81068.01179.31328.81505.21700.21908.02125.02348.52576.9倘若模型里沒有合攏段時，倒拆分析和前正裝析的各階段索力相同。

3.測試例題-2(三跨斜拉橋)模型-01是比較容易的模型，加勁梁假定為剛體，主塔也沒有建立到模型中，且沒有合攏段，也沒有在邊跨生成支承條件的過程。但在實際工程中大部分的斜拉橋會有暫時支承、塔梁暫時銜接等影響結構不閉合的諸多因素。考慮未閉合配合力的斜拉橋正裝分析為了能夠適用于實際結構，要證實它能夠適用于各種類型的結構情況。下面通過包含合攏段的合攏過程、施工階段邊界變化、暫時支承的安裝和拆除過程的容易模型來驗證未閉合配合力功能在實際工程上的應用。3.1測試模型－2的概況測試模型－2是二維三跨延續(xù)對稱的斜拉橋，全跨170m（40＋90＋40），共8根拉索。結構材料特性和截面特性如下表。單元類型彈性模量(kN/m2)容重(kN/m3)拉索桁架1.57E77.85加勁梁梁單元2.1E77.85主塔上梁單元2.1E77.85下梁單元2.5E62.5圖11模型數(shù)據(jù)結構材料特性

3.2初始平衡狀態(tài)分析先通過初始平衡狀態(tài)分析，計算成橋階段的索力。此模型通過控制水平位移和加勁梁的彎矩來計算滿意條件的索拉力。圖12成橋模型約束條件主塔水平位移:34號節(jié)點水平位移(DX)=0加勁梁彎矩:適當限制彎矩圖13成橋階段索初拉力(單位:tonf)圖14初始平衡狀態(tài)索張力(單位:tonf)圖15初始平衡狀態(tài)加勁梁彎矩(單位:tonf-m)圖16初始平衡狀態(tài)豎向變形圖(單位：mm)

3.3考慮未閉合配合力的正裝分析利用初始平衡狀態(tài)分析得出的拉索初拉力舉行正裝分析。只對中間跨的合攏段和第二施工階段激活的邊跨部分使用了未閉合配合力功能。中間跨合攏段的合攏和邊跨銜接支座過程都是結構體系變化的階段，所以也對邊跨的加勁梁考慮了未閉合配合力。各施工階段的施工內容如下。施工階段施工內容備注Stage1主塔、邊跨端部支座、塔梁暫時銜接部位暫時支承Stage2邊跨加勁梁考慮未閉合配合力Stage3施加掛籃荷載Stage4拆除暫時支承,邊跨拉索(S1)考慮未閉合配合力Stage5中間跨加勁梁Stage6中間跨拉索(C1)考慮未閉合配合力Stage7移動掛籃荷載Stage7-1邊跨拉索(S2)考慮未閉合配合力Stage8中間跨加勁梁Stage9中間跨拉索(C2)考慮未閉合配合力Stage10移動掛籃荷載Stage11拆除掛籃荷載Stage11-1合攏段閉合考慮未閉合配合力Stage12塔梁銜接體系轉換剛體銜接彈性銜接Stage13施加二期荷載各施工階段模型Stage3Stage1Stage3Stage1Stage7Stage5Stage7Stage5Stage13(總算階段)StageStage13(總算階段)Stage11圖17建立施工階段模型

3.4正裝分析的總算階段結果總算階段變形初始平衡狀態(tài)倒拆正裝分析誤差正裝分析(考慮未閉合配合力)誤差加勁梁-0.1134530.635767660.38%-0.1134480.00%0.4601811.643884-257.23%0.4601890.00%0.0542581.057083-1848.25%0.054264-0.01%-0.628667-0.66625-5.98%-0.6286670.00%-2.109434-4.129893-95.78%-2.1094440.00%-3.333569-7.773853-133.20%-3.3335890.00%-4.825431-11.523097-138.80%-4.8254600.00%-6.161932-14.568124-136.42%-6.1619680.00%-8.082004-17.370223-114.92%-8.0820430.00%-8.425584-17.824057-111.55%-8.4256240.00%-8.082004-17.370223-114.92%-8.0820430.00%-6.161932-14.568124-136.42%-6.1619680.00%-4.825431-11.523097-138.80%-4.8254600.00%-3.333569-7.773853-133.20%-3.3335890.00%-2.109434-4.129893-95.78%-2.1094440.00%-0.628667-0.66625-5.98%-0.6286670.00%0.0542581.057083-1848.25%0.054264-0.01%0.4601811.643884-257.23%0.4601890.00%-0.1134530.635767660.38%-0.1134480.00%主塔(左側)-0.192348-0.192688-0.18%-0.1923480.00%-0.251022-0.251532-0.20%-0.2510220.00%-2.507842-2.4743411.34%-2.5078420.00%-3.965662-3.9094871.42%-3.9656630.00%-5.386102-5.3072531.46%-5.3861020.00%-6.769160-6.6676371.50%-6.7691610.00%“倒拆正裝分析”的結果是通過倒拆分析求出控制張力，再舉行正裝分析時以體外力類型輸入初拉力后分析的結果。只對合攏段梁單元考慮了未閉合配合力。初始平衡狀態(tài)正裝初始平衡狀態(tài)正裝分析(考慮未閉合配合力)倒拆－正裝分析（合攏段考慮未閉合配合力)圖18正裝分析總算階段和初始平衡狀態(tài)的加勁梁位移初始平衡狀態(tài)正裝初始平衡狀態(tài)正裝分析(考慮未閉合配合力)惟獨索單元考慮未閉合配合力倒拆－正裝分析圖19只對桁架單元考慮未閉合配合力總算階段索張力(TrussForce)成橋階段正裝成橋階段正裝分析(考慮未閉合配合力)倒拆－正裝分析（合攏段考慮未閉合配合力）圖20總算階段索力索號初始平衡狀態(tài)正裝分析總算狀態(tài)(未考慮未閉合配合力)誤差正裝分析總算狀態(tài)(考慮未閉合配合力)誤差33323.141319.807-1.04%323.1410.00%34240.050242.0380.82%240.0500.00%35189.979182.478-4.11%189.9790.00%36342.878332.983-2.97%342.8780.00%37342.878332.983-2.97%342.8780.00%38189.979182.478-4.11%189.9790.00%39240.050242.0380.82%240.0500.00%40323.141319.807-1.04%323.1410.00%成橋階段正裝成橋階段正裝分析(考慮未閉合配合力)倒拆－正裝分析（合攏段考慮未閉合配合力)圖21總算階段加勁梁彎矩在結果中可以看出，未考慮未閉合配合力的正裝分析（通過倒拆分析計算拉索初拉力）的情況，施工中產生的加勁梁和主塔的位移，引起拉索初拉力值偏小，所以在總算階段比初始平衡狀態(tài)產生更大的位移，拉索的總算張力也變小。而且可以看出加勁梁的彎矩也比初始狀態(tài)分析的正、負彎矩變大。反之，利用成橋階段張力和考慮未閉合配合力時，正裝分析的主塔和加勁梁的位移、加勁梁彎矩、拉索張力都與初始狀態(tài)分析結果相同。只對桁架單元考慮未閉合配合力的情況，合攏段在合攏之前，合攏段兩端發(fā)生了向上的變形。因為在此狀態(tài)合攏段合攏，總算階段產生了較大的向上的位移。

施工中索張力的變化倒拆分析考慮未閉合配合力的正裝分析StageCable36Cable33Cable35Cable34Cable36Cable33Cable35Cable344230.51225.365231.01225.866178.02245.13190.81240.997195.91246.87208.70242.738272.68225.38207.65274.99238.42203.199279.02274.93211.62281.33287.97207.1510294.01312.21162.18236.52303.07315.54171.74232.8211324.23317.92169.47240.55333.29321.25179.03236.8512269.53306.57149.50232.66278.59309.89159.06228.9613305.98313.67160.83237.67313.16317.68170.03234.1414305.98313.67160.83237.67305.98313.67160.83237.6715342.88323.14189.98240.05342.88323.14189.98240.05倒拆正裝分析未考慮未閉合配合力的正裝分析StageCable36Cable33Cable35Cable34Cable36Cable33Cable35Cable344230.51225.335231.01225.836178.02245.13150.55237.777195.91246.87168.44239.518272.68225.38207.65281.10198.82199.089279.02274.93211.62287.44248.37203.0510294.01312.21162.18236.52198.54309.86172.37219.8711324.23317.92169.47240.55228.76315.58179.66223.9012269.53306.57149.50232.66174.06304.22159.69216.0113301.09313.78159.77237.44184.21306.45164.87217.5714296.09310.33153.33239.66189.99307.42172.24213.9915332.98319.81182.48242.04226.88316.90201.39216.37*在第13施工階段合攏段合攏倒拆分析正裝倒拆分析正裝分析(未閉合配合力)倒拆－正裝分析正裝(不考慮未閉合配合力)倒拆分析正裝倒拆分析正裝分析(未閉合配合力)倒拆－正裝分析正裝(不考慮未閉合配合力)倒拆分析正裝倒拆分析正裝分析(未閉合配合力)倒拆－正裝分析正裝(不考慮未閉合配合力)倒拆分析正裝倒拆分析正裝分析(未閉合配合力)倒拆－正裝分析正裝(不考慮未閉合配合力)圖22各施工階段張力變化對沒有合攏段的結構(例如測試模型-1)，倒拆分析和考慮未閉合配合力的正裝分析的各階段索力相同。但結構里有合攏段時，普通的倒拆分析和正裝分析在各施工階段的索力結果會不閉合。4.測試模型-3(高下大橋)4.1測試模型-3的概況（高下大橋）測試模型-3是以韓國實際工程-高下大橋作為對象，利用成橋階段索力舉行正裝分析的模型。在高下大橋設計中，通過初始平衡狀態(tài)（成橋階段）分析和倒拆分析計算出施工控制索力，再利用此索力舉行了正裝分析。通過倒拆分析計算得出的初拉力倘若能比較臨近設計者的期待值，此時只要施工過程中施工預拱度的設置合理，可以說此主意也是異常好的一個主意。斜拉橋的設計有無數(shù)種分析主意，為了能夠求出最佳的拉索初拉力，設計者通過各種控制條件來計算，所以設計者需要一個能做異常分析的軟件。就算計算出滿意控制條件的索力，最后還是要通過調索來得到最佳的拉索張力。這種調索主意需要設計者的豐盛的經驗和技術技巧。通過本例題，推薦利用成橋階段分析得到的索力，只舉行正裝分析（不做倒拆分析）計算施工階段控制索力的主意。圖23.高下大橋立面圖圖24.標準橫斷面圖4.2初始平衡狀態(tài)分析做斜拉橋分析時，首先通過成橋階段分析求出初始索力，再通過施工階段分析來求得各施工階段拉索初拉力。計算成橋索力以改善作用在加勁梁和主塔上的內力、拉索張力、支點反力為目標，使結構的恒載與拉索張力達到平衡。計算初始索力時，普通以“1）約束主塔水平位移，使主塔彎矩趨于最小。2）使加勁梁的彎矩盡可能的勻稱，且趨于最小”作為控制條件，再對施工性和經濟性舉行研究。除了這種通常的要求外，還需按照結構的特性，設計者要施加更多的控制條件來舉行更周密的設計。本例題利用MIDAS/Civil軟件的未知荷載系數(shù)功能來計算滿意特定約束條件（主塔位移和加勁梁的形狀）的初始索力。計算初始索力的約束條件如下：①使主塔位移和彎矩趨于最?、跒闇p小端支點附近處加勁梁負彎矩和邊跨加勁梁負彎矩設置了平衡配重（counterweight）。③為增大內部支點處的正反力，通過拉索的張力松解來調節(jié)。在張力松解時，考慮了跨中產生彎矩的增強、移動荷載引起的彎矩增強，同時盡量使結構不產生過大的位移。

初始索力計算時的加勁梁內力變化圖25.未考慮初始索力、平衡配重時加勁梁彎矩圖圖26.平衡配重+主塔、加勁梁位移最小化圖27.平衡配重，張力松解調節(jié)后的總算狀態(tài)加勁梁彎矩

與實際工程設計時索力的比較圖28.自重+PS：初始索力比較通過上面計算得出的內力圖和初始索力比較的圖中可以看出，利用MIDAS/Civil軟件的未知荷載系數(shù)功能，很容易的得到了設計人員期待的約束條件下的初始索力，而且與實際工程中使用的設計軟件的計算結果也異常臨近。分析結果中的極小差異是因為考慮自重引起的索力時，考慮自重的主意的差異而導致。固然得到了相同的結果，也不能說這個結果就是唯一的最佳索力，這是因為兩者的約束條件相同而得出的相同結果