基于Midas Civil懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ徒⑺悸贩治?/h1>
2023-12-29 00:00:00雷民
交通科技與管理 2023年6期
摘要 以貴州某高速公路懸索橋為研究對象，通過Midas Civil進行荷載試驗?zāi)Ｐ徒?。模型建立根?jù)懸索橋結(jié)構(gòu)特點將主要構(gòu)件進行合理拆分單獨建模，最后合并模型成結(jié)構(gòu)整體。計算結(jié)果表明該橋平衡態(tài)收斂誤差滿足要求，主纜、吊索無應(yīng)力計算長度與設(shè)計對比分析誤差較小，該橋的建模思路對試驗檢測單位建立懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ吞峁┙梃b。
關(guān)鍵詞 前處理；建模助手；初步找形；精確平衡分析；驗證平衡
中圖分類號 U448.25 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0007-03
0 引言
懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ偷慕?，不同于常?guī)混凝土橋梁，結(jié)構(gòu)模型的移動荷載分析和特征值分析均是建立在找到結(jié)構(gòu)平衡態(tài)后的分析。模型建立時需對懸索橋主要構(gòu)件進行合理拆分單獨建模計算，對需要找形的主纜吊索和無需找形的塔梁計算應(yīng)有效區(qū)分，通過設(shè)計文件獲取相關(guān)資料后在Midas Civil中將獨立的構(gòu)件模型合并成整體結(jié)構(gòu)模型進行分析。
1 工程概況
主橋平面位于直線上，縱坡為0.8%人字坡?？鐝綖?×650 m簡支鋼桁懸索橋。主纜跨徑組合為（218+650+
188）m，垂跨比約1/9.5；主塔為門型框架結(jié)構(gòu)，塔高分別為100 m、105 m；主梁采用鋼桁加勁梁，桁高5.8 m，寬36 m；兩岸錨碇均采用重力錨。設(shè)計標準：高速公路、雙向六車道、設(shè)計車速100 km/h、公路-I級荷載等級，橋梁效果圖如圖1。
2 荷載試驗?zāi)Ｐ屠碚撚嬎?/p>
2.1 計算內(nèi)容
懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ陀嬎惴治雠c設(shè)計、監(jiān)控模型有所不同，荷載試驗?zāi)Ｐ椭饕治鼋Y(jié)構(gòu)在成橋狀態(tài)下的活載增量。但無論哪種分析，其共同點都是基于對懸索橋進行平衡態(tài)找形后的各種分析。對試驗檢測單位來說，懸索橋計算內(nèi)容主要包括主纜、吊索平衡態(tài)分析、移動荷載分析及特征值分析。
2.2 模型整體構(gòu)建思路
懸索橋主要由主纜、吊索、主梁、主塔、錨碇及索鞍等主要構(gòu)件組成。根據(jù)構(gòu)件特點將主要構(gòu)件拆分為大位移分析、小位移分析兩類，在Midas Civil中采用梁單元、板單元、索單元進行有效區(qū)分模擬。
由于索結(jié)構(gòu)存在明顯幾何非線性和幾何剛度問題，主纜、吊索的初始幾何形態(tài)及內(nèi)力尤為關(guān)鍵，必須在平衡態(tài)找形計算后才可進行下一階段的各類分析。對于主塔和主梁而言均屬于小位移分析，無需找形即可單獨建模計算。
通過對各主要構(gòu)件的拆分模型進行合并形成整體模型，考慮塔梁剛度及內(nèi)外部邊界對索結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響進行整體模型分析計算。
該模型中對幾類邊界進行了相應(yīng)簡化舍棄，如將散索鞍定義為主纜錨固點、主索鞍模擬為內(nèi)部邊界、主梁豎向支承支座模擬為外部邊界，舍棄了抗風(fēng)支座的模擬。
3 建模步驟分解
3.1 重要信息獲取
（1）對主纜和吊索而言，由于截面中包含非承載填充物，應(yīng)將索結(jié)構(gòu)換算為等效直徑后進行計算，同時材料容重和彈性模量也應(yīng)進行換算。該模型中，根據(jù)設(shè)計圖紙指向要求，主纜索股及吊索鋼絲采用鋅鋁合金鍍層鋼絲，每米參考重量按153 g換算，彈模按2.0×105 MPa取值[1]。
（2）恒載統(tǒng)計是平衡態(tài)計算找形的關(guān)鍵，根據(jù)設(shè)計圖對一期和二期恒載統(tǒng)計并經(jīng)計算，荷載集度為307.39 kN/m。
（3）根據(jù)設(shè)計標準，移動荷載按雙向六車道布載，同時根據(jù)規(guī)范要求進行縱橫向折減，該橋橫向車道布載系數(shù)取0.55，縱向折減系數(shù)取0.95[2]。
（4）通過Midas Civil懸索橋建模助手，獲取主纜、塔頂、垂點、主梁在建模助手中的相對坐標空間位置。由于主梁通常設(shè)置縱坡，需考慮縱坡為吊索無應(yīng)力長度計算的影響，為便于建模助手數(shù)據(jù)填寫，將坐標原點定義為主梁起點最便捷。主梁、主塔單獨建模時也應(yīng)參照該坐標原點獨立建模，坐標原點如圖2所示。
3.2 主梁模型建立
在整個懸索橋建模過程中，主梁模型的拆分工作量非常巨大而繁瑣。模型建立時應(yīng)在CAD中對其進行三維前處理并根據(jù)構(gòu)件類型劃分相應(yīng)圖層，導(dǎo)入Civil后可通過生成的結(jié)構(gòu)組高效賦予材料截面。
主梁前處理注意事項：
（1）必須考慮主梁縱坡對吊索無應(yīng)力長度計算的影響；主桁上下弦桿節(jié)段長度根據(jù)縱坡逐節(jié)段繪制，便于其余構(gòu)件繪制時有參考和預(yù)留節(jié)點。
（2）單側(cè)主桁上下弦桿及腹桿繪制完成后，采用整體復(fù)制的方式至另外一側(cè)后再補充橫桁、小橫梁和下平聯(lián)等構(gòu)件，不建議繪制一半進行鏡像處理，否則在Civil中將有大量單元坐標軸方向需統(tǒng)一，增加建模工作量。
3.3 主塔建立及塔梁合并
主塔為門型框架結(jié)構(gòu)，在形式上通常為下寬上窄呈內(nèi)收狀態(tài)，若在Civil中采用單元節(jié)點的方式將增加建模工作量，所以主塔建模與主梁同樣需在CAD中進行三維前處理，應(yīng)注意以下幾點：
（1）坐標原點必須與主梁保持一致并預(yù)留主索鞍中心節(jié)點，前處理完成后須復(fù)核預(yù)留節(jié)點標高是否與設(shè)計標高一致。
（2）根據(jù)主塔根部最大負彎矩工況測試位置[3]，應(yīng)合理舍棄承臺及塔座構(gòu)件，原因為該部分構(gòu)件屬于實體結(jié)構(gòu)，按梁單元模擬可能將導(dǎo)致主塔根部彎矩失真，造成理論值偏小，實測值偏大。
3.4 主纜吊索初步找形
懸索橋設(shè)計時，根據(jù)設(shè)計路線及橋型結(jié)構(gòu)僅能確定錨點、塔頂、垂點及主梁起終點，主纜的其余點均是未知狀態(tài)。所以主纜吊索初步找形時，應(yīng)根據(jù)Civil中建模助手圖示進行相關(guān)參數(shù)填寫。填寫時注意以下幾點：
（1）節(jié)點坐標區(qū)：是構(gòu)建生成主纜空間形態(tài)的關(guān)鍵。
（2）吊桿布置區(qū)：邊跨無吊桿時填邊跨跨徑，中跨吊桿間距根據(jù)布置填寫，設(shè)有中央扣的，生成模型后按初拉力添加。
（3）橋面系區(qū)：寬度指主纜橫向中心距而非橋面寬度，單位重量輸入統(tǒng)計計算的荷載集度，同時錄入橋面坡度。
（4）加勁梁端到塔中心線間距G1～G4為主塔中心線與邊吊桿間距的一半。
（5）參數(shù)填寫生成模型前，仔細查看主纜吊索立面、平面形態(tài)是否與設(shè)計一致，初步估算橫向內(nèi)力是否超過主纜材料抗拉強度。
（6）生成模型，向后撤銷一步，即可看到單主纜模型。邊界為所有吊桿底部、塔頂和錨點固結(jié)，初步找形計算正是基于此狀態(tài)進行迭代分析求解，再向前一步即可生成橫向?qū)ΨQ的雙主纜模型，如圖3所示。
（7）通過懸索橋建模助手生成的模型，軟件自動生成非線性分析控制數(shù)據(jù)、大位移幾何剛度初始荷載數(shù)據(jù)、小位移初始單元內(nèi)力數(shù)據(jù)及自重靜力荷載工況。
3.5 全橋模型合并及精確平衡分析
（1）全橋模型合并，根據(jù)實際情況添加內(nèi)外部邊界條件，考慮塔梁剛度、邊界對主纜形態(tài)的影響，模擬主索鞍施工階段頂推過程（主索鞍節(jié)點與塔頂節(jié)點剛性連接縱向約束DX釋放），便于模型更容易收斂。
（2）此階段模型僅按統(tǒng)計的荷載集度考慮自重，未將二期恒載有效區(qū)分，可查詢主梁單元重量并統(tǒng)計計算，根據(jù)荷載集度計算二期恒載并均勻施加，全橋模型如圖4所示。
（3）建立吊桿組、吊桿頂部節(jié)點組、吊桿底部節(jié)點組并賦予相應(yīng)單元和節(jié)點及垂點組（空組）。
（4）建立懸索橋分析控制數(shù)據(jù)，控制迭代次數(shù)和收斂誤差，勾選“吊桿底部豎向變形為0”選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu)組進行更新并添加荷載工況（自重及二期）。該步驟主要目的是大位移初始內(nèi)力中的“平衡單元節(jié)點和構(gòu)件內(nèi)力”求解。
（5）建立施工階段分析控制數(shù)據(jù)，使用平衡單元節(jié)點力進行非線性分析，勾選獨立模型并進行全橋精確平衡分析迭代計算。
3.6 驗證平衡、模擬成橋狀態(tài)
結(jié)構(gòu)模型通過精確平衡分析后，此時模型還處于前處理階段，仍不能查看精確平衡分析后的變形結(jié)果，原因為非線性分析、獨立模型分析、平衡單元節(jié)點力分析只能在施工階段進行查看，需建立施工階段驗證精確平衡分析計算結(jié)果。
（1）通過建立施工階段，激活全橋結(jié)構(gòu)組、邊界組和荷載組，運行計算后結(jié)構(gòu)即可進入后處理階段。
（2）查看懸索橋通過精確平衡分析后整體變形是否為“0”或趨向于“0”。此概念可理解為通過精確平衡分析后，模型在恒載作用下變形為0，即設(shè)計圖中主纜中跨垂跨比達到設(shè)計狀態(tài)、主塔豎直、索鞍位于主塔中心線。
（3）結(jié)構(gòu)變形為“0”并不代表結(jié)構(gòu)已完全處于自平衡狀態(tài)，還需查看塔梁構(gòu)件中內(nèi)力分布是否均勻，有無突變。
（4）建立施工階段，將主索鞍與塔頂固結(jié)鎖死模擬成橋狀態(tài)，即主索鞍節(jié)點與塔頂節(jié)點剛性連接并在當(dāng)前施工階段激活，對比分析驗證平衡階段與成橋階段結(jié)構(gòu)整體變形和內(nèi)力分布，如圖5所示。
（5）后續(xù)的移動荷載分析、特征值分析均在成橋狀態(tài)下進行。進行移動荷載和特征值分析前，應(yīng)刪除驗證平衡和成橋狀態(tài)的施工階段。移動荷載車道線添加應(yīng)按橫向聯(lián)系梁組添加，包含橫桁上弦桿及上弦桿間小橫梁。特征值分析時，根據(jù)規(guī)范要求需測試前9階模態(tài)[4]，振型數(shù)量宜選擇50階。
4 計算結(jié)果對比分析
（1）模型主纜長度建立至散索鞍處，錨跨未建立，對比設(shè)計選取主纜中心線索股（64）并扣除兩岸索股錨跨長度39.691 m；設(shè)計無應(yīng)力長度1 106.426 m，計算無應(yīng)力長度1 109.766 m，偏差為+0.30%。
（2）設(shè)計吊索為雙吊點，模型按單吊點建立，吊索長度按雙吊索長度求平均值后對比分析，誤差在±0.32%范圍內(nèi)[5]。
5 結(jié)論與建議
基于Midas Civil對懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ偷挠嬎闼悸?，模型建立?yīng)根據(jù)構(gòu)件受力特點進行合理拆分至合并過程進行平衡態(tài)分析及驗證平衡結(jié)果表明：
（1）懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ徒Ｋ悸贰⒑爿d統(tǒng)計、索結(jié)構(gòu)材料截面特性換算、建模助手填寫參數(shù)極其關(guān)鍵。
（2）荷載試驗?zāi)Ｐ屯ㄟ^相應(yīng)簡化后，精確平衡分析結(jié)果表明主纜吊索計算無應(yīng)力長度與設(shè)計無應(yīng)力長度誤差較小，整體模型空間內(nèi)變形（X=0.07 mm、Y=
?0.02 mm、Z=0.09 mm）趨向于“0”，塔梁中內(nèi)力分布均勻，符合結(jié)構(gòu)受力特性。
（3）該荷載試驗?zāi)Ｐ驮贛idas Civil中建模思路相對清晰，但計算參數(shù)取值主要參照設(shè)計文件，實際材料彈模、容重與設(shè)計理論取值存在一定偏差，當(dāng)材料有可靠試驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)對材料取值進行修正。
（4）該模型簡化了散索鞍、抗風(fēng)支座、阻尼器等邊界的模擬，對懸索橋平衡態(tài)找形存在一定影響。試驗檢測單位建立模型時應(yīng)與設(shè)計單位和監(jiān)控單位計算模型對比分析。
參考文獻
[1]中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會. 鋅鋁合金鍍層鋼絲纜索： GB/T 32963—2016[S]. 北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局， 2017.
[2]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司. 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范： JTG D60—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.
[3]長安大學(xué). 公路橋梁荷載試驗規(guī)程： JTG/T J21—01—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.
[4]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司. 公路懸索橋設(shè)計規(guī)范： JTG/T D65—05—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.
[5]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司. 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范： JTG 3362—2018[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2018.
摘要 以貴州某高速公路懸索橋為研究對象，通過Midas Civil進行荷載試驗?zāi)Ｐ徒?。模型建立根?jù)懸索橋結(jié)構(gòu)特點將主要構(gòu)件進行合理拆分單獨建模，最后合并模型成結(jié)構(gòu)整體。計算結(jié)果表明該橋平衡態(tài)收斂誤差滿足要求，主纜、吊索無應(yīng)力計算長度與設(shè)計對比分析誤差較小，該橋的建模思路對試驗檢測單位建立懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ吞峁┙梃b。
關(guān)鍵詞 前處理；建模助手；初步找形；精確平衡分析；驗證平衡
中圖分類號 U448.25 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0007-03
0 引言
懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ偷慕?，不同于常?guī)混凝土橋梁，結(jié)構(gòu)模型的移動荷載分析和特征值分析均是建立在找到結(jié)構(gòu)平衡態(tài)后的分析。模型建立時需對懸索橋主要構(gòu)件進行合理拆分單獨建模計算，對需要找形的主纜吊索和無需找形的塔梁計算應(yīng)有效區(qū)分，通過設(shè)計文件獲取相關(guān)資料后在Midas Civil中將獨立的構(gòu)件模型合并成整體結(jié)構(gòu)模型進行分析。
1 工程概況
主橋平面位于直線上，縱坡為0.8%人字坡?？鐝綖?×650 m簡支鋼桁懸索橋。主纜跨徑組合為（218+650+
188）m，垂跨比約1/9.5；主塔為門型框架結(jié)構(gòu)，塔高分別為100 m、105 m；主梁采用鋼桁加勁梁，桁高5.8 m，寬36 m；兩岸錨碇均采用重力錨。設(shè)計標準：高速公路、雙向六車道、設(shè)計車速100 km/h、公路-I級荷載等級，橋梁效果圖如圖1。
2 荷載試驗?zāi)Ｐ屠碚撚嬎?/p>
2.1 計算內(nèi)容
懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ陀嬎惴治雠c設(shè)計、監(jiān)控模型有所不同，荷載試驗?zāi)Ｐ椭饕治鼋Y(jié)構(gòu)在成橋狀態(tài)下的活載增量。但無論哪種分析，其共同點都是基于對懸索橋進行平衡態(tài)找形后的各種分析。對試驗檢測單位來說，懸索橋計算內(nèi)容主要包括主纜、吊索平衡態(tài)分析、移動荷載分析及特征值分析。
2.2 模型整體構(gòu)建思路
懸索橋主要由主纜、吊索、主梁、主塔、錨碇及索鞍等主要構(gòu)件組成。根據(jù)構(gòu)件特點將主要構(gòu)件拆分為大位移分析、小位移分析兩類，在Midas Civil中采用梁單元、板單元、索單元進行有效區(qū)分模擬。
由于索結(jié)構(gòu)存在明顯幾何非線性和幾何剛度問題，主纜、吊索的初始幾何形態(tài)及內(nèi)力尤為關(guān)鍵，必須在平衡態(tài)找形計算后才可進行下一階段的各類分析。對于主塔和主梁而言均屬于小位移分析，無需找形即可單獨建模計算。
通過對各主要構(gòu)件的拆分模型進行合并形成整體模型，考慮塔梁剛度及內(nèi)外部邊界對索結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響進行整體模型分析計算。
該模型中對幾類邊界進行了相應(yīng)簡化舍棄，如將散索鞍定義為主纜錨固點、主索鞍模擬為內(nèi)部邊界、主梁豎向支承支座模擬為外部邊界，舍棄了抗風(fēng)支座的模擬。
3 建模步驟分解
3.1 重要信息獲取
（1）對主纜和吊索而言，由于截面中包含非承載填充物，應(yīng)將索結(jié)構(gòu)換算為等效直徑后進行計算，同時材料容重和彈性模量也應(yīng)進行換算。該模型中，根據(jù)設(shè)計圖紙指向要求，主纜索股及吊索鋼絲采用鋅鋁合金鍍層鋼絲，每米參考重量按153 g換算，彈模按2.0×105 MPa取值[1]。
（2）恒載統(tǒng)計是平衡態(tài)計算找形的關(guān)鍵，根據(jù)設(shè)計圖對一期和二期恒載統(tǒng)計并經(jīng)計算，荷載集度為307.39 kN/m。
（3）根據(jù)設(shè)計標準，移動荷載按雙向六車道布載，同時根據(jù)規(guī)范要求進行縱橫向折減，該橋橫向車道布載系數(shù)取0.55，縱向折減系數(shù)取0.95[2]。
（4）通過Midas Civil懸索橋建模助手，獲取主纜、塔頂、垂點、主梁在建模助手中的相對坐標空間位置。由于主梁通常設(shè)置縱坡，需考慮縱坡為吊索無應(yīng)力長度計算的影響，為便于建模助手數(shù)據(jù)填寫，將坐標原點定義為主梁起點最便捷。主梁、主塔單獨建模時也應(yīng)參照該坐標原點獨立建模，坐標原點如圖2所示。
3.2 主梁模型建立
在整個懸索橋建模過程中，主梁模型的拆分工作量非常巨大而繁瑣。模型建立時應(yīng)在CAD中對其進行三維前處理并根據(jù)構(gòu)件類型劃分相應(yīng)圖層，導(dǎo)入Civil后可通過生成的結(jié)構(gòu)組高效賦予材料截面。
主梁前處理注意事項：
（1）必須考慮主梁縱坡對吊索無應(yīng)力長度計算的影響；主桁上下弦桿節(jié)段長度根據(jù)縱坡逐節(jié)段繪制，便于其余構(gòu)件繪制時有參考和預(yù)留節(jié)點。
（2）單側(cè)主桁上下弦桿及腹桿繪制完成后，采用整體復(fù)制的方式至另外一側(cè)后再補充橫桁、小橫梁和下平聯(lián)等構(gòu)件，不建議繪制一半進行鏡像處理，否則在Civil中將有大量單元坐標軸方向需統(tǒng)一，增加建模工作量。
3.3 主塔建立及塔梁合并
主塔為門型框架結(jié)構(gòu)，在形式上通常為下寬上窄呈內(nèi)收狀態(tài)，若在Civil中采用單元節(jié)點的方式將增加建模工作量，所以主塔建模與主梁同樣需在CAD中進行三維前處理，應(yīng)注意以下幾點：
（1）坐標原點必須與主梁保持一致并預(yù)留主索鞍中心節(jié)點，前處理完成后須復(fù)核預(yù)留節(jié)點標高是否與設(shè)計標高一致。
（2）根據(jù)主塔根部最大負彎矩工況測試位置[3]，應(yīng)合理舍棄承臺及塔座構(gòu)件，原因為該部分構(gòu)件屬于實體結(jié)構(gòu)，按梁單元模擬可能將導(dǎo)致主塔根部彎矩失真，造成理論值偏小，實測值偏大。
3.4 主纜吊索初步找形
懸索橋設(shè)計時，根據(jù)設(shè)計路線及橋型結(jié)構(gòu)僅能確定錨點、塔頂、垂點及主梁起終點，主纜的其余點均是未知狀態(tài)。所以主纜吊索初步找形時，應(yīng)根據(jù)Civil中建模助手圖示進行相關(guān)參數(shù)填寫。填寫時注意以下幾點：
（1）節(jié)點坐標區(qū)：是構(gòu)建生成主纜空間形態(tài)的關(guān)鍵。
（2）吊桿布置區(qū)：邊跨無吊桿時填邊跨跨徑，中跨吊桿間距根據(jù)布置填寫，設(shè)有中央扣的，生成模型后按初拉力添加。
（3）橋面系區(qū)：寬度指主纜橫向中心距而非橋面寬度，單位重量輸入統(tǒng)計計算的荷載集度，同時錄入橋面坡度。
（4）加勁梁端到塔中心線間距G1～G4為主塔中心線與邊吊桿間距的一半。
（5）參數(shù)填寫生成模型前，仔細查看主纜吊索立面、平面形態(tài)是否與設(shè)計一致，初步估算橫向內(nèi)力是否超過主纜材料抗拉強度。
（6）生成模型，向后撤銷一步，即可看到單主纜模型。邊界為所有吊桿底部、塔頂和錨點固結(jié)，初步找形計算正是基于此狀態(tài)進行迭代分析求解，再向前一步即可生成橫向?qū)ΨQ的雙主纜模型，如圖3所示。
（7）通過懸索橋建模助手生成的模型，軟件自動生成非線性分析控制數(shù)據(jù)、大位移幾何剛度初始荷載數(shù)據(jù)、小位移初始單元內(nèi)力數(shù)據(jù)及自重靜力荷載工況。
3.5 全橋模型合并及精確平衡分析
（1）全橋模型合并，根據(jù)實際情況添加內(nèi)外部邊界條件，考慮塔梁剛度、邊界對主纜形態(tài)的影響，模擬主索鞍施工階段頂推過程（主索鞍節(jié)點與塔頂節(jié)點剛性連接縱向約束DX釋放），便于模型更容易收斂。
（2）此階段模型僅按統(tǒng)計的荷載集度考慮自重，未將二期恒載有效區(qū)分，可查詢主梁單元重量并統(tǒng)計計算，根據(jù)荷載集度計算二期恒載并均勻施加，全橋模型如圖4所示。
（3）建立吊桿組、吊桿頂部節(jié)點組、吊桿底部節(jié)點組并賦予相應(yīng)單元和節(jié)點及垂點組（空組）。
（4）建立懸索橋分析控制數(shù)據(jù)，控制迭代次數(shù)和收斂誤差，勾選“吊桿底部豎向變形為0”選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu)組進行更新并添加荷載工況（自重及二期）。該步驟主要目的是大位移初始內(nèi)力中的“平衡單元節(jié)點和構(gòu)件內(nèi)力”求解。
（5）建立施工階段分析控制數(shù)據(jù)，使用平衡單元節(jié)點力進行非線性分析，勾選獨立模型并進行全橋精確平衡分析迭代計算。
3.6 驗證平衡、模擬成橋狀態(tài)
結(jié)構(gòu)模型通過精確平衡分析后，此時模型還處于前處理階段，仍不能查看精確平衡分析后的變形結(jié)果，原因為非線性分析、獨立模型分析、平衡單元節(jié)點力分析只能在施工階段進行查看，需建立施工階段驗證精確平衡分析計算結(jié)果。
（1）通過建立施工階段，激活全橋結(jié)構(gòu)組、邊界組和荷載組，運行計算后結(jié)構(gòu)即可進入后處理階段。
（2）查看懸索橋通過精確平衡分析后整體變形是否為“0”或趨向于“0”。此概念可理解為通過精確平衡分析后，模型在恒載作用下變形為0，即設(shè)計圖中主纜中跨垂跨比達到設(shè)計狀態(tài)、主塔豎直、索鞍位于主塔中心線。
（3）結(jié)構(gòu)變形為“0”并不代表結(jié)構(gòu)已完全處于自平衡狀態(tài)，還需查看塔梁構(gòu)件中內(nèi)力分布是否均勻，有無突變。
（4）建立施工階段，將主索鞍與塔頂固結(jié)鎖死模擬成橋狀態(tài)，即主索鞍節(jié)點與塔頂節(jié)點剛性連接并在當(dāng)前施工階段激活，對比分析驗證平衡階段與成橋階段結(jié)構(gòu)整體變形和內(nèi)力分布，如圖5所示。
（5）后續(xù)的移動荷載分析、特征值分析均在成橋狀態(tài)下進行。進行移動荷載和特征值分析前，應(yīng)刪除驗證平衡和成橋狀態(tài)的施工階段。移動荷載車道線添加應(yīng)按橫向聯(lián)系梁組添加，包含橫桁上弦桿及上弦桿間小橫梁。特征值分析時，根據(jù)規(guī)范要求需測試前9階模態(tài)[4]，振型數(shù)量宜選擇50階。
4 計算結(jié)果對比分析
（1）模型主纜長度建立至散索鞍處，錨跨未建立，對比設(shè)計選取主纜中心線索股（64）并扣除兩岸索股錨跨長度39.691 m；設(shè)計無應(yīng)力長度1 106.426 m，計算無應(yīng)力長度1 109.766 m，偏差為+0.30%。
（2）設(shè)計吊索為雙吊點，模型按單吊點建立，吊索長度按雙吊索長度求平均值后對比分析，誤差在±0.32%范圍內(nèi)[5]。
5 結(jié)論與建議
基于Midas Civil對懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ偷挠嬎闼悸?，模型建立?yīng)根據(jù)構(gòu)件受力特點進行合理拆分至合并過程進行平衡態(tài)分析及驗證平衡結(jié)果表明：
（1）懸索橋荷載試驗?zāi)Ｐ徒Ｋ悸贰⒑爿d統(tǒng)計、索結(jié)構(gòu)材料截面特性換算、建模助手填寫參數(shù)極其關(guān)鍵。
（2）荷載試驗?zāi)Ｐ屯ㄟ^相應(yīng)簡化后，精確平衡分析結(jié)果表明主纜吊索計算無應(yīng)力長度與設(shè)計無應(yīng)力長度誤差較小，整體模型空間內(nèi)變形（X=0.07 mm、Y=
?0.02 mm、Z=0.09 mm）趨向于“0”，塔梁中內(nèi)力分布均勻，符合結(jié)構(gòu)受力特性。
（3）該荷載試驗?zāi)Ｐ驮贛idas Civil中建模思路相對清晰，但計算參數(shù)取值主要參照設(shè)計文件，實際材料彈模、容重與設(shè)計理論取值存在一定偏差，當(dāng)材料有可靠試驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)對材料取值進行修正。
（4）該模型簡化了散索鞍、抗風(fēng)支座、阻尼器等邊界的模擬，對懸索橋平衡態(tài)找形存在一定影響。試驗檢測單位建立模型時應(yīng)與設(shè)計單位和監(jiān)控單位計算模型對比分析。
參考文獻
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