功 能

用悬索桥建模助手自动生成悬索桥的二维、三维形状。 同时自动计算主缆和吊杆的无应力长度。以生成的桥梁模型为基准，修改其主梁和主塔、边界条件后，利用分析>悬索桥分析控制精确计算最终的无应力长度、几何形状及初始内力。

命 令

从主菜单中选择模型 > 结构建模助手 > 悬索桥...

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 结构建模助手 > 悬索桥

输  入

悬索桥建模助手对话框

节点坐标和塔墩高度

输入基本节点坐标，定义悬索桥。

三维：建立三维悬索桥模型时选择此项。

A：主缆起点

A1：加劲梁起点

B：左主塔顶

C：主缆跨中点

非对称桥梁：选择悬索桥是否对称。?

D：右主塔顶

E：主缆终点

E1：加劲梁终点

H1：左塔高度

H2 : 右塔高度

吊杆间距

输入吊杆之间的距离。

左跨：左侧部分吊杆的间距

中间跨：中间部分吊杆的间距

右跨：右侧部分吊杆的间距

注

如果左侧部分没有设置吊杆时，加劲梁起点至塔身输入一个间距。（右侧也是相同）。中间部分吊杆的数量必须时奇数，因为主缆最低点的节点数据必须要输入。

特性值

材料, 截面

主缆：输入主缆的材料及截面特性

边缆：输入边缆的材料及截面特性

标准吊杆：输入标准吊杆的材料及截面特性

端部吊杆：输入端部吊杆的材料及截面特性(指左侧第一根，右侧最后一根吊杆)

加劲梁：输入标准吊杆的材料及截面特性

主塔：输入主塔的材料及截面特性

注

加劲梁部分以等效骨架结构(Fish-born)形式输入。

桥面系

宽度：输入加劲梁宽度

高度：输入加劲梁的高度。 (不输入高度时，加劲梁为一根梁结构的模型。输入高度时，加劲梁分上梁和下梁，由桁架连接组成的骨架模型。)

单位重量：输入加劲梁的单位长度的重量。

选择按钮，可以分别输入左、右跨和中间跨的单位重量。

注

在悬索桥建模助手里，计算最佳悬索桥形状时主缆和吊杆的自重自动考虑。只输入加劲梁和其它的恒荷载即可。两端没有吊杆时，一定要输入均布荷载。

加劲梁端到塔中心线的距离

G1 : 输入左跨加劲梁端至塔中心的距离。

G2 : 输入中间跨加劲梁端至左塔中心的距离

G3 : 输入中间跨加劲梁端至右塔中心的距离

G4 : 输入右跨加劲梁端至塔中心的距离。

桥面坡度

左跨坡度(%)：左边跨的坡度。

弧长(m)：中间跨为圆弧形坡度，当圆弧起点和终点各为左右塔墩时，输入D-B间水平距离，程序将自动计算出与左右跨斜度相切的圆的半径，当圆弧起点和终点各为加劲梁的起点(A1)和终点(E1)时，输入E1-A1间水平距离或大于E1-A1间水平距离的数，程序将自动计算出在A1点和E1点与输入的左右跨斜度相切的圆的半径。

右跨坡度(%)：右边跨的坡度。

视图选项

X-Y 平面：在X-Y平面显示模型。

X-Z 平面：在X-Z平面显示模型。

截面大样：显示数据描述的位置和形状。

实际形状：用实际输入的数据显示桥的实际形状。

：修改数据后点击此键，即可观察到按修改后数据生成的桥梁形状。

主缆水平张力：当前结构的主缆内力水平分量。悬索桥分析控制中输入的主缆内力水平分量需是在结构合理受力状态范围内的值，此时可以利用在这里输出的水平分量。

：用输入的数据生成所有节点的坐标和单元，并计算出所有单元以及主缆的初始力，然后关闭建模助手窗口。

：取消数据输入并关闭建模助手窗口。

注
关闭工程项目之前，用户输入的数据将始终存在于对话窗口中。该建模助手中默认的输入数据与韩国Kwang-An-Grand大桥的二维形状类似。

打开*.wzd格式的基本数据文件的功能。打开MIDAS/Civil 以后，可利用此功能直接在建模助手的对话框修改基本数据或确认。

在悬索桥建模助手输入的数据以*.wzd格式的文件保存。

悬索桥建模助手使用时的一些注意事项

1  使用MIDAS/Civil分析悬索桥的基本操作步骤

a) 定义主缆、主塔、主梁、吊杆等构件的材料和截面特性；

b) 打开主菜单“模型/结构建模助手/悬索桥”，输入相应参数（各参数意义请参考联机帮助的说明以及下文中的一些内容）；

c) 将建模助手的数据另存为“*.wzd”文件，以便以后修改或确认；

d) 运行建模助手后，程序会提供几何刚度初始荷载数据和初始单元内力数据，并自动生成“自重”的荷载工况；

e) 对模型根据实际状况，对单元、边界条件和荷载进行一些必要的编辑后，将主缆上的各节点定义为更新节点组，将塔顶节点和跨中最低点定义为垂点组；

f) 定义悬索桥分析控制数据后运行。运行过程中需确认是否最终收敛。运行完了后程序会提供平衡单元节点内力数据；

g) 删除悬索桥分析控制数据，将所有结构、边界条件和荷载都定义为相应的结构组、边界组和荷载组，定义一个一次成桥的施工阶段，在施工阶段对话框中选择“考虑非线性分析/独立模型”，并勾选“包含平衡单元节点内力”；

h) 运行分析后查看该施工阶段的位移是否接近于0以及一些构件的内力是否与几何刚度初始荷载表格或者平衡单元节点内力表格的数据相同；

i) 各项结果都满足要求后即可进行倒拆施工阶段分析或者成桥状态的各种分析；

j) 详细计算原理请参考技术资料《用MIDAS做悬索桥分析》。

2  建模助手中选择三维和不勾选三维的区别？

a) 勾选三维就是指按空间双索面来计算悬索桥，需要输入桥面的宽度，输入的桥面系荷载将由两个索面来承担；

b) 不勾选三维时，程序将给建立单索面的空间模型，不需输入桥面的宽度，输入的桥面系荷载将由单索面来承担。

3  建模助手中主梁和主塔的材料、截面以及重量是如何考虑的？

a) 因为索单元必须考虑自重，因此建模助手分析中对于主缆和吊杆的自重，程序会自动考虑；

b) 但在建模助手中主梁和主塔的材料和截面并不介入分析，程序只是根据输入的几何数据，给建立几何模型，以便进行下一步的悬索桥精密分析。即，程序不会根据定义的主梁的材料和截面自动计算自重并参与分析，用户需要根据成桥状态时的桥面系荷载（如，主梁自重、二期恒载等），在建模助手对话框中按线荷载或节点荷载来具体输入；

c) 之后在进行悬索桥精密分析时，对于主梁的自重则将根据材料的容重以及截面面积来计算，对于二期恒载用户可按梁单元荷载等形式进行定义；

d) 注意：建模助手中输入的桥面系荷载值须等于悬索桥精密分析时考虑的各荷载工况对于桥面系作用的荷载总和（例如等于按主梁自重计算的线荷载加上二期恒载梁单元线荷载）。

4  为什么靠近主塔处的两根吊杆的初始内力比别的吊杆大？

a) 在建模助手中，对于输入的桥面系荷载（线荷载）是由吊杆来承担的。各吊杆承受的荷载大致是线荷载与吊杆间距的乘积（如果单索面承受荷载的话）；

b) 在主塔处由于没有吊杆，与主塔处相邻的吊杆需要承受的荷载为线荷载与1.5倍的吊杆间距的乘积，因此会较大；

c) 如果成桥的结构在主塔与主梁的连接处，主塔对主梁有支承作用，则上述方法求出的主塔处吊杆的初始内力是不合理的；

d) 此时可以在建模助手中通过勾选“加劲梁端到塔墩中心线的距离”，输入G1和G2的值（吊杆到主塔距离的1/2）来处理。但在进行悬索桥精密分析前，需要用户建立该处的主梁单元，并对主塔和主梁的支承关系进行定义；

e) 除了方法d)，还可以通过按点荷载的方式输入桥面系荷载的方式来处理（勾选建模助手对话框中“桥面系>单位重量>详细…” ）。对于吊杆间距不等或者边跨最外侧吊杆受力大小要调整时，使用此方法更容易实现一些。

5  悬索桥分析控制中的“主缆内力水平分量”有什么意义，如何使用？

a) 对于地锚式悬索桥桥面系的荷载确定后，主缆内力的水平分量理论上是一定的。但根据桥梁的实际情况，对于主梁吊装连接后施加的二期恒载，主梁也会承受一部分弯矩，这时主缆上的水平分量会发生一些变化；

b) 对于自锚式悬索桥，桥面系的荷载一部分是由主缆承担，一部分是由主梁承担的。因此根据主缆和主梁的荷载分配比率，自锚式悬索桥的成桥状态可以有很多不同的解；

c) 设计人员可以通过调整悬索桥分析控制中的“主缆内力水平分量”，来参与确定主缆和主梁所承受荷载的比率；

d) 在第一步悬索桥建模组手对话框输入所有参数后，点击右下角的“实际形状”或者“更新或重画”的话，下端会显示当前结构的主缆内力水平分量。在悬索桥分析控制中输入的主缆内力水平分量需是在结构合理受力状态范围内的值，可参考第一步中显示的结果取值，不能随便输入。

6  运行悬索桥分析控制后，在分析信息中会显示类似下面信息，其具体代表什么意义？

NONLINEAR STATIC LOADCASE :     1

INCREMENT NO. :    1  ITERATION NO. :    1     DISPL. NORM : 0.100E+01

INCREMENT NO. :    1  ITERATION NO. :    2     DISPL. NORM : 0.361E+00

INCREMENT NO. :    1  ITERATION NO. :    3     DISPL. NORM : 0.156E+00

INCREMENT NO. :    1  ITERATION NO. :    4     DISPL. NORM : 0.734E-01

INCREMENT NO. :    1  ITERATION NO. :    5     DISPL. NORM : 0.353E-01

INCREMENT NO. :    1  ITERATION NO. :    6     DISPL. NORM : 0.176E-01

INCREMENT NO. :    1  ITERATION NO. :    7     DISPL. NORM : 0.844E-02

ITERATION NO :     2   CONVERGENCE RATIO :  0.43322E+00

……

a) “INCREMENT NO.: 1”:是指荷载增幅步数。

b) “ITERATION NO.: 1”:是指每荷载步内的迭代次数, 1表示第1次迭代计算,2表示第2次迭代计算。

c) “DISPL. NORM”：是指收敛计算中在每个荷载步骤下的位移收敛的“范数”，程序默认的收敛控制参数为: 迭代次数为30次，收敛标准范数为0.01，上面数据中迭代第7次时计算范数为0.844e-02小于0.01，所以结束了第2次迭代计算(ITERATION NO : 2)。

d) “ITERATION NO :  2”: 是指第2次迭代计算，迭代次数在悬索桥分析控制对话框中输入，默认为5。

e) “CONVERGENCE RATIO”：是根据更新的节点坐标、索的张力、平衡内力计算的不平衡内力引起的位移的收敛范数，其控制范数在悬索桥分析控制对话框中输入，默认为1e-05。最终迭代次数(默认为5)中计算范数小于1e-05即表示收敛了，但是一般在最终迭代次数中的计算范数小于1e-02时，可以认为结果收敛了。一般来说随着计算CONVERGENCE RATIO值应该逐渐变小，当逐渐变大时可认为没有收敛。

f) 每个迭代次数内的每荷载增步中的收敛控制参数，当在分析>非线性分析控制中设定了控制参数时，遵循设定的参数，没有设定参数时如上面a中所述默认为迭代次数为30次，收敛标准范数为0.01。分析>非线性分析可设也可不设。

g) 在悬索桥分析控制中选择的荷载，最好放在同一个荷载工况内。

7  通过建模助手求到的平衡状态中，塔底有较大弯矩时，应如何解决？

a) 需在进行第二步悬索桥分析之前，对模型进行处理。即，将主塔顶的节点和该处主缆的节点使用上下两个节点模拟。两个节点间使用弹性连接或刚性连接，只约束竖向的位移（根据情况也可约束面外方向的变形）；

b) 该处主缆的节点坐标不要加入到更新节点组中；

c) 进行完悬索桥分析得到平衡内力等数据后，在进行施工阶段或者成桥状态分析时，再将该处两个点的约束按最终状况模拟。

8  不通过建模助手，如何计算初始平衡状态？

a) 进行非线性分析之后，不断更新节点坐标和索单元初拉力（定义索单元时输入的）来求平衡状态；

b) 程序对相应荷载工况进行非线性分析，会产生位移和内力，之后会将该内力作为索单元的初拉力（单元表格中）更新。

c) 更新节点坐标是将原坐标和发生的位移的和作为新的节点坐标。如果悬索桥的索面是竖直的则只更新Z坐标，如果是空间的，还需更新Y坐标。

d) 由于第一步计算时变形较大，故不第一步时一般不更新节点坐标，从第二步开始更新；

e) 定义索单元时输入的初拉力不会进行迭加，而作为外荷载输入的初拉力会进行迭加，此为两者最大差异。

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