浅析Midas/Civil软件分析悬臂梁

高运行　李丽芬　刘泽雄

摘 要：悬臂结构施工工艺已经普遍应用于现代桥梁施工过程中，结构受力及线形控制已成为施工过程中的主要控制内容。为了更方便、准确计算桥梁施工过程中的受力状态以及线形变化情况，需要借助软件对桥梁结构进行计算和分析。Midas/Civil软件在理论背景基础上，经过长期与工程实践磨合，现在已经成了施工控制的重要计算软件。

关键词：悬臂施工 Midas/Civil 软件计算

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（c）-0030-02

1 Midas/Civil分析的背景与意义

（1）中国桥梁的发展。桥梁是道路的重要組成部分，也是国家经济和社会发展的重要基础设施，在交通发展中起着非常重要的作用。无论是在地形、地貌、水文条件复杂的西部地区，还是在城市桥梁建设过程中，悬臂浇筑工艺都能很好解决施工场地限制和交通堵塞问题。近30年出版的《中国桥梁》全面展示了这一时期中国桥梁建设的巨大成就[1]。悬臂施工工艺始于20世纪60年代的德国，发展至今已成为修建大中跨径桥梁的一种极为有效的施工手段。悬臂施工工艺因其良好的连续性和便捷性，而且不阻碍交通，非常适合我国现阶段对交通的要求。我国自80年代引进悬臂浇筑施工工艺以来，已经为我国经济建设取得了巨大的成就，并且无论在建设规模还是科技水平上，均已跻身世界先进行列。

（2）Midas/Civil分析的意义。Midas/Civil软件作为通用的空间有限元分析软件和桥梁软件的完美结合，广泛地应用于土木工程领域多种结构的设计与分析；而且对于构件间的连接方式也提供了节点弹性支承。特别是对于处理一些复杂节点的连接，可以通过弹性连接、释放梁端约束等有效地进行模拟[2]。除了对桥梁整体受力情况进行分析外，Midas/Civil还提供施工阶段各种荷载对桥梁线形的影响，可以针对性地提前调整施工过程中的桥面高程，也可以针对性地监测桥梁应力变化，保证桥梁施工过程的顺利进行。

2 Midas/Civil分析的内容

2.1 模型建立

Midas/Civil建模是基于对整个桥梁结构进行系统化处理。主要是包括以下几个方面。

（1）桥梁模型。Midas/Civil对桥梁模型的建立非常方便，核心是基本参数的定义。基本参数包括：材料参数、截面参数、节点位置参数。材料参数主要是针对桥梁设计的混凝土材料来定义。节点的定义要考虑桥梁节段的划分位置、桥梁支撑节点位置、施工过程中临时节点的位置，如图1所示。

（2）添加作用。Midas/Civil中作用的添加过程是一个系统的体系。桥梁作用有多种，在Midas/Civil里面作用主要划分为静力荷载、移动荷载、温度荷载、预应力荷载、收缩徐变、支座沉降、约束、二期铺装、地震作用[3]。

（3）处理施工阶段。Midas/Civil建模的核心是“施工阶段”，单元、作用的添加都是围绕施工阶段进行。在进行施工模拟分析时，要根据实际施工情况对施工阶段中的单元、荷载、边界进行激活、钝化处理。需要特别注意的是：在进行作用添加时，需要根据施工具体情况，将作用与其所在单元一一对应。

2.2 模型计算

模型建立好后就是模型计算的工作，计算前要对所建立的模型进行参数控制。当模型不能通过计算时，还要进行模型施工阶段的全面分析。模型初步计算完成，标志模型建立成功，但不能表示整个桥梁受力合理。最后要进行桥梁PSC验算，桥梁PSC验算主要是对结构应力和钢束之间的相互作用进行分析，所有分析结果都可通过Midas/Civil表格查看。

2.3 模型调整

在桥梁施工阶段，需要根据现场实际情况对Midas模型进行施工阶段、荷载等方面的调整，以便更真实模拟在荷载调整主要是对恒载进行调整。

首先，施工阶段调整。施工阶段包括边界、单元、荷载，对施工阶段的调整主要是在单元添加顺序以及各种荷载的添加时间。在长期荷载作用下，加载初期混凝土收缩徐变增长较快，后期变慢[4]。在规范中要求混凝土张拉龄期为7天，混凝土强度达到95%以上。在各种因素交互作用下，对节段荷载添加时间的严格控制显得尤为重要。第二，节段重量调整。考虑实际施工时混凝土容重及浇筑体积和钢筋容重及所占体积，进行每节段整体重量计算。在计算混凝土体积时，需要注意的是：由于桥梁在纵向会设置一定坡度，所以实际箱梁长度要比水平长度较长。第三，挂篮重量调整。挂篮实际重量要根据现场拼装情况确定。

3 Midas/Civil建模的难点与展望

3.1 Midas/Civil建模难点

由于现有大跨度桥梁受力大部分由钢束承担，对于连续梁等大跨度结构，钢束数量很大，Midas/Civil软件中的PSC分析主要也是混凝土和预应力之间的相互作用。由于钢束是由控制点组合而成，在Midas/Civil软件里面钢束的输入不太方便。

3.2 Midas/Civil建模展望

由于Midas/Civil在对桥梁施工过程分析的便捷性和较高精确性，使得它越来越适用于中国市场。在对钢束输入困难方面，为了提高钢束输入效率，有几种技巧可以参考：第一，悬臂浇筑箱梁采用悬臂浇筑时，不同支墩悬臂延伸的长度是一样的，利用这一特点，可以将某一支墩钢束稍做修改直接复制到另一支墩；第二，在同一支墩的钢束均是对称结构，所以在输入数据时只输入一半即可，然后利用Midas/Civil自带对称功能即可将另一半钢束输入。经过这两种方式的处理，钢束的输入效率会有大幅度提升。中国也有学者研究CAD软件和桥梁分析软件的结合[5]。

参考文献

[1] 马建，孙守增，杨琦，等.中国桥梁工程学术研究综述[J].中国公路学报，2014（5）：1-96.

[2] 张建锋，陈燕霞，赵雅雷.Midas/Civil软件在桥梁施工结构设计中的应用[J].四川水利，2012（3）：71.

[3] 姚昌荣.桥梁工程毕业设计——Midas建模[D].西南交通大学，2012.

[4] 张玉新，刘志钦，王振武，等.混凝土结构设计原理[M].重庆：重庆大学出版社，2011.

[5] 刘经伟.预应力混凝土连续梁桥CAD交互式参数化布束研究[D].西南交通大学，2006.