Midas软件在桥梁抗震中应用要点

一、连续梁反应谱分析

1、工程概述

本桥跨度布置为两联3x32m。上部结构采用连续箱梁。

下部结构采用矩形桥墩、桩基接承台基础，交接墩处设置盖梁。

本桥地震相关控制指标为：

地震分区特征周期0.4s，场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度7度（0.1g）。

2、建模注意事项

1)支座模拟：非约束方向刚度取0。

2)桩基础模拟：

“m法”计算刚度采用公式如下：

桩身土侧向刚度（kN/m）=动土比例系数m（kN/m4）×埋置深度（m）×桩计算宽度（m）×单元高度（m）

3)在荷载转换为质量中，自重形式定义的荷载无法被转化。自重荷载定义中给定的自重系数在转换为质量时不起作用，程序仅采用材料中的密度数据来计算质量。

3、分析结果注意事项

4、后处理注意事项

1)由于Mander本构混凝抗压强度是圆柱体抗压强度，需要将规范中混凝土立方体强度乘以对应的修正系数，由于下部结构多采用C30或C40混凝土，故在实际的计算中可以采用0.9的换算系数（参考桥梁荟2021年一季刊）。

2)对于本例E1作用仅需验算桥墩强度，由于E2效应远大于E1效应，支座仅需验算E2地震作用下的相关内容。

3)如果模型中存在施工阶段的定义，则修改桥墩刚度，需要定义边界组，并在施工阶段激活相应的边界组。

如果多个桥墩修改的刚度折减系数不同，需将这些桥墩的截面分别定义（即使截面配筋一致）

4)E2桥墩是否进入屈服的判别标准：

5)E2矮墩强度取材料标准值，与城市桥梁不同。

6)位移延性系数可按规范附录D进行计算或近似取6.0。（城市桥梁建议取3）。

7)双柱墩或排架墩的情况下，需要输入多个桥墩顶部节点号，以空格分割，程序根据规范条文6.7.6条（能力保护构件）计算得出设计时支座分配到的水平力设置值（横向多支座情况下取平均值）。

5、Pushover求解横向剪力和容许位移

1)交互类型中“无”需要用户自己定义弯矩和曲率的非线性关系，“P-M”是通过屈服面确定弯矩曲率的非线性关系，“P-M-M”是通过三轴屈服球确定非线性关系。对于混凝土结构“P-M-M”目前还无法实现。此处选择“P-M”。

2)剪力设计值

二、非规则桥梁时程分析

1、工程概述

主梁跨度布置为81+142+81m，下部结构采用双肢薄壁墩，墩高23m，双薄壁截面的中心距6.2m。基础采用桩基接承台基础。

本桥地震相关控制指标为：地震分区特征周期0.4s，场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度8度（0.3g）。

2、建模注意事项

1)采用悬臂法建模助手不能准确模拟出截面的分配情况，需要按实际结构重新分配单元截面（PSC建模助手）。

2)做动力分析的模型无需详细模拟分段浇筑的施工过程, 只需定义几个关键施工阶段-最大悬臂状态、体系转换、几个阶段即可，这几个关键阶段影响最终成桥后墩顶轴力。

3)钢束形状生成器可将dwg格式钢束大样直接导入程序中，模拟钢束的目的是考虑次反力对中墩的轴力影响。

4)定义时程荷载工况时可接续前次的荷载工况可以选时程荷载工况（TH），而且还可考虑静力荷载工况（ST）、施工阶段荷载工况（CS）。目前绝大多情况无需接续时变静力荷载。

5)时程分析结果可能不收敛，通过设置最大迭代次数为较大值，可观察程序运行过程中是否存在反复在某一步骤不断迭代而不跳入下一步的情况

6)地震波时有方向的，安评或者拟合波多为单向地震波。可以理解为“合力方向”，不可两个方向同时输入此“合力”。

7)《公路抗规》6.2.5条规定曲线桥地震反应分析角度，可分别沿一联两端桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向的地震动输入，以确定最不利输入方向。

8)设计谱与合成地震波转换谱对比。

每次点击“生成加速度”，可重新生成新的地震波。选择贴合较好地震波导出。此处不可重复，故及时导出。

为了校核对应的地震波谱，可同时输出反应谱数据。

线弹性范畴，两者效应应非常接近。

9)地震波转反应谱观察关键周期谱值

10)瑞丽阻尼两阶频率取法：

可取计算方向第一阶振型频率，以及后几阶对结构振动贡献大的振型的频率。（采用振型参与质量较大的人比较多）。

11)骨架铰作用类型的选择：

P-M-M铰一般只要定义Fx方向的铰特性值，My、Mz方向的铰和Fx方向的是相关联的，所以不用定义。但是这时滞回模型只能选择随动硬化模型，随动硬化滞回模型，适用于金属材料，对于混凝土材料这样会过高地评价其耗能能力。

12)刚度折减系数α1和α2取值：

可以通过M-φ曲线进行估算，可以取其中初始屈服、屈服、极限三个性能点。其中要注意的是α1和α2的含义，α1、α2非斜率，刚度间的比值，计算出来的α2为负数时，可以取一个非常小的值。

13)屈服面特性值如何得到：

根据截面形状和配筋情况程序自动计算得到。如需修改，需在定义铰特性时修改。

3、时程分析后处理

1)反应谱法与线形时程结果对比，校正阻尼参数取值:

2)判断屈服状态：

本模型采用的是修正武田三折线滞回曲线，故非弹性铰状态中分为三种状态，分别是线弹性状态、第一屈服状态、第二屈服状态。

对于三折线骨架铰，第一屈服状态为开裂状态、第二屈服状态为屈服状态。

3)提取最不利剪力：

非弹性铰状态表格结果得到屈服时刻。

通过时程分析内力提取得到该单元对应的最不利剪力值。

4)桥墩塑性转动能力验算

转角与塑性铰长度相关，有限元分析一般以曲率作为输出结果。按规范公式验算桥墩塑形转动能力是较为困难的。

回归验算的本质，规范给出的验算标准是将极限曲率与屈服曲率之间差值的一半作为验算标准。

无论是控制桥墩转角还是曲率其实质都是对于桥墩延性的验算。

5)提取时程曲率相关结果 Dmax是地震作用下单元最大曲率；D2是一次加载过程中的屈服曲率；

三、减隔震桥梁反应谱分析

1、工程概述

上部结构为预应力混凝土连续箱。下部结构采用独柱矩形桥墩。

基础采用桩基接承台基础。

桥墩支座均采用圆形高阻尼橡胶支座，左右两侧桥台支座采用矩形LNR滑动橡胶支座 地震分区特征周期0.35s，场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度7度（0.15g）。

2、建模注意事项

1)双线性支座特性值选取：

2)折减桥墩截面刚度

3、反应谱分析迭代过程

1)采用反应谱迭代的前提：

2)迭代过程

3)迭代中支座位移的取值

4)反应谱修正方法

4、后处理

1)减隔震支座效果验算：

采用减隔震支座桥梁的桥墩墩底内力与非减隔震桥梁的桥墩墩底内力，非减隔震桥梁采用盆式支座固定支座。

2)桥墩强度验算

3)减隔震支座验算

四、减隔震桥梁时程分析

1、工程概况

上部结构：简支变连续小箱梁桥；

本桥下部结构采用桩柱式墩台；

桥墩位置采用高阻尼橡胶支座；

桥台位置采用四氟滑板支座；

位于8度区，场地类别Ⅱ类，基本地震动峰值加速度0.3g；

2、建模注意事项

3)高阻尼橡胶支座性能表

4)模型截面简化

5)截面类型可选择**“任意截面” **避免选择“设计截面”所需输入的设计数据。

6)盖梁截面如果选择P-M曲线验算，必须选择“数据库/用户” 截面。

7)上部结构建模：

绘制主梁单元的CAD图形为多线段。线段分割点为截面变化位置及支座位置。

CAD中将各截面所处线段分为不同的图层，以便导入后Civil程序据此自动将主梁按图层分为不同的结构组。双击结构组即可选择对应单元为截面赋值。

8)下部结构建模：

CAD绘制好的下部外形图,其中支座位置绘制了辅助线，盖梁需要在墩顶，支座位置分段绘制为多段线。

8)0号台和4号台采用同样滑板支座，1、2、3号桥墩均采用同样型号的高阻尼橡胶支座,但应分别建立一般连接特性值，主要是考虑迭代有效刚度时，不同的桥墩可能值不同。

9)简支变连续结构必须模拟施工阶段，不然桥墩内力差距较大。

10)迭代求解支座有效刚度：

通过时程结果图表：一般连接查看支座最大剪力及对应位移，计算有效刚度

修改支座有效刚度

重新计算基频修改瑞丽阻尼参数

3、后处理

五、自锚式悬索桥时程分析

1、工程概况

桥跨布置：（65+125+300+125+65）m；

主缆矢高60m（矢跨比1/5）

钢箱梁主体结构高3.5m。采用扁平钢箱梁结构，两侧设置风嘴。

桥塔采用C50混凝土。塔高101.475m，采用矩形空心截面。

本桥位于7度区，场地类别Ⅱ类，基本地震动峰值加速度0.15g。

2、建模注意事项

1)建立主塔及辅助墩:

绘制主塔轴线（上下塔柱需区分）、上下横梁轴线、塔座轴线、桥塔承台轴线。各轴线需分图层存储。

手动建立辅助墩模型。

2)通过建模助手得到主缆、吊杆初始状态

3)修改助手生成模型为实际模型

4)施加边界条件、荷载进行精确平衡分析：

更新垂点组无需添加具体内容，因为修改边界后，重新进行平衡分析，主缆的线型会发生改变，可以查看更新完后垂点的坐标变化值，若数值较大，重新回到建模助手分析，提前在垂度坐标定义时候考虑，重做一遍分析。

5)施工阶段分析：

查看独立模型位移结果 查看累加模型位移结果 修正塔高及梁长

6)施加非线性边界并调整模型 （1）施加只受压抗风支座：成分：Fx，滞回模型：滑移模型>滑移双折线只受压。

7)设置小变形初始单元内力表格

索单元进行特征值分析、时程分析时需要用到小位移表格中的内力，以便用其修正刚度进行线性计算。勾选此项后程序自动将最后一个施工阶段的内力存储起来，以便做类似“恩斯特修正”的处理。

8)增设索鞍固结施工阶段

将主缆索鞍位置与主塔固结的目的是为了模拟实际结构中存在的抗滑移装置。而静力分析时释放水平约束的目的是为了求解最优状态。

最优状态确定后，需要根据实际的施工过程分阶段顶推索鞍，最终达到安装位置，使用阶段索鞍要满足抗滑移状态的。

9)地震波输入

地震安评报告中提供的地震波单位多为gal，而程序需要输入g的无量纲系数。0.01m/s2为1gal，9.806m/s2为1g，980gal=1g。

10)瑞丽阻尼高阶振型的一种试算方法：高阶振型的取法目前没有比较明确的结论，理论上可以用反应谱试算得到计入第n阶振型后，计算控制值达到最大值的90%。

11)瑞丽阻尼中阻尼比的取值：阻尼计算方法规范建议采用瑞丽阻尼，质量和刚度因子即为瑞丽阻尼。阻尼比与材料、结构形式、施工工艺等内容息息相关，规范结合既有经验明确给出悬索桥计算阻尼比不得大于0.02，本次计算按0.02取值。

3、后处理

来源：桥何名欤