基于Midas/Civil的异形变宽桥参数化建模探究

2016-11-12郭丁方诗圣莫安生黄从俊

安徽建筑 2016年2期

关键词：单梁格法异形

郭丁，方诗圣，莫安生，黄从俊

（1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥 230009；2.合肥市市政设计院有限公司，安徽合肥 230041；3.合肥市规划设计研究院，安徽合肥 230041）

基于Midas/Civil的异形变宽桥参数化建模探究

郭丁1，方诗圣1，莫安生2，黄从俊3

（1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥 230009；2.合肥市市政设计院有限公司，安徽合肥 230041；3.合肥市规划设计研究院，安徽合肥 230041）

随着城市交通量的日益增加，城市立交的兴起有效解决了城市道路拥堵的问题。城市立交梁桥一般采用变宽、分叉等异形结构，结构往往依据道路线型进行设计。针对该种异形结构，单梁计算模型已经不能满足计算精度的需要，为此采用梁格法进行分析。文章基于 MIDAS/Civil在梁格法中对异形桥前处理部分的薄弱，提出城市立交异形混凝土梁桥参数化建模方法，利用C/C++编程语言编写城市立交异形桥建模助手程序，将桥梁参数批量写入程序，然后导入到MIDAS/Civil中进行计算，能够有效减少工作时间，提高设计效率。

异形桥；梁格法；MIDAS/Civil；前处理；C/C++

0 前言

参数化建模，是将一组约定的参数与设计对象的特征几何参数联系起来，在进行梁体构造特征设计时，只需按照设计思想给出多组特征参数即可得到相应的连续几跨桥的各个方位的结构图。参数化建模是提高结构设计分析全过程的有效途径，将结构的模型信息简化成有限的参数进行建模，能够大大减少前处理所花费的时间，提高设计效率［1-2］。

目前针对异形桥梁，工程中采用的主要研究方法是有限元法，按其不同的离散形式可以分为空间梁单元法、空间板单元法、实体单元发以及梁格法［3-4］。一般设计人员所采用的方法主要是空间梁单元法和梁格法，在单箱多室箱梁计算中，梁格法可以得到比单梁模型更精确的结果［5］。

目前在实际工程中针对异形桥的主要建模途径是利用 CAD与 CAE之间的交换文件进行模型的建立，如AUTOCAD的DXF文件，这种操作方法建模直观、准确性高，但是应用起来操作不方便，当下的计算软件如桥梁博士、MIDAS/Civil等，在前处理方面对该种桥型在梁格法方面并没有给予太多的支持，只能依靠交换文件方式进行建模，这种建模方式需要进行大量的重复劳动，耗时长、易出错，因此，亟需开发一个程序代替这种方式进行参数化建模。

1 参数分类

针对该种异形桥梁结构，选取其中相对较有特点和共性的梁桥进行研究，提取具有代表性的参数，在平面线型中分为等宽、单侧变宽、双侧变宽等桥型，竖向采用等高度箱梁，其中，等宽桥在分类上并不属于异形桥，但是为了验证程序的准确性及普适性，从等宽桥开始做起，然后逐步加大或减少箱梁宽度，变换成单侧变宽及双侧变宽类型。本文将以变宽桥为例，分析参数化建模的具体方法，并进行参数分类。

如图1所示，单侧变宽的平面布置，其中一侧腹板的在沿桥纵向上呈直线型，另外几条腹板沿桥向呈曲线变化，根据实际情况，桥梁线型一般根据道路线型拟定，在这里一般采用直线+圆曲线的组合方式，其中，各个参数所表示的含义如图1所示。

图1 变宽示意图

其中，各个参数的含义如下，箱梁宽度由B0过渡到Bn，桥梁总长为L，分跨长度分别为L1、Li、Ln，变宽点距离左侧箱梁截面为L0，以单箱三室为例，箱室宽度分别为b1、b2、b3，进过变化后分别为d1、d2、d3，腹板宽度取值fb，悬臂长度取值b0，以上为平面参数，但是仅仅依靠平面参数并不能完全确定整个桥梁的模型，因此还需要截面参数。

图2所示，即为箱梁的截面参数。

在平面参数中已经提到的以外，还有一些截面参数：

h1是悬臂端厚度，悬臂板程序默认成直线变化，中间无折点，厚度从h1变化到h2，h2作为悬臂根部厚度。h3、h4分别为顶底板厚度，箱室上倒角宽和高分别为a1和c1，箱室下倒角分别是a2和c2。

图2 截面参数示意

2 基于MIDAS/CIVIL的程序设计

2.1 MIDAS/CIVIL简介

MIDAS/Civil是针对桥梁结构设计计算的大型有限元分析软件，该软件直观、简洁，功能强大。MIDAS/Civil并没有针对城市立交异形桥提供建模助手工具，目前在MIDAS/Civil中进行异形桥的建模只能通过 AutoCAD所生成的 DXF文件，然后导入到MIDAS/Civil中，生成节点和单元，然后赋予截面、边界等其他信息，这种方法需要借助AutoCAD，操作起来较麻烦，而且结构需要改动时，需要在AutoCAD中重新修改，用起来十分繁琐。

2.2 MCT文件简介

MIDAS/Civil的数据文件“MIDAS/Civil Text”，简称是“MCT”文件，MCT文件包含了模型的所有信息，包括节点、单元、边界条件等所有结构数据，在MIDAS/Civil图形用户界面（GUI）中输入的所有信息，在MCT中均有反映，在MCT文件中，各种信息以不同的形式存储在文件中。

MIDAS/Civil并未提供参数化设计语言，只能通过另外的方法来实现MIDAS/Civil中的参数化建模。通过对MCT文件格式的研究，可以利用C/C++程序编制MCT文件生成软件，并开发相应的交互界面，通过输入少量的参数，完成异形桥的参数化建模，并导入到MIDAS/Civil中，在完善相关信息之后，完成城市立交异形桥的建模。

2.3 城市立交异形桥建助手程序开发

C++是在 C语言基础上开发的一种通用编程语言，它的优点是支持多种编程范式—面向对象编程、泛型编程和过程化编程，而且C++语言灵活，运算符的数据结构丰富、具有结构化控制语句、程序执行效率高。

首先建立程序框架，根据需要输入的参数建立程序界面，主要可以分为基本参数、主体参数、桥跨分割参数及箱室参数几大类。根据输入的梁体参数信息，在程序中进行MCT文件的生成，在程序开发过程中，主要是按照节点—单元—截面等信息依次进行输入，完成城市立交异形桥建模助手的开发。

3 工程实例分析

3.1 工程总体信息

某城市立交主线变宽桥，桥跨信息为3×30m预应力连续梁桥，采用等高度箱梁，梁高 2.2m，单箱三室截面，桥面宽度从20.05m逐渐变化到16.25m，等宽段长度为50m，曲线段腹板线型采用圆曲线。在程序中自动划分梁格，各个腹板对应的纵梁分别定义为纵梁一、纵梁二、纵梁三、纵梁四。如图3所示为桥梁腹板中心线走向图。下面结合开发的城市立交异形桥建模助手，在 MIDAS/CIVIL中建立该桥梁计算模型。