对我来说，桥梁的结构设计一直很神秘，只存在于注册考试的试题里……如果你想了解它，Civil无疑是个很好的工具。
梁单元建模：
桥梁一般都是一些拱形的造型，我首先尝试了“变截面”的建模方法，在AutoCAD中画出最大截面和最小截面，钢板厚度为18mm，然后将两个截面保存为dxf格式。
在Civil中运行“工具”→“截面属性计算器”：
在计算器中可以计算截面的各项截面属性，通过运行“属性”→“计算截面属性”可以查看计算结果。
运行“模型”→“截面”→“导出”，将编辑好的截面导出为“Midas截面文件”格式：
然后使用“可变段”→“任意段”将两个段组合成一个新的可变段。
先用3#截面搭建半跨模型：
运行“结构”并选择两个选项“将自重转换为质量”和“将梁顶部高程与地板高程对齐”：
运行“属性”→“变量部分组”：
然后选择全部并镜像并复制以创建另一个跨度：
选择镜像后的另一个跨度并重复变量节组命令：
将每个段转换为单独的梁单元，以获得结果中每个单元的内力：
还有一点需要注意，如果两端截面高度不合适，使用“截面形状变化”的Z轴多项式会出现不合理的结果：
因此首先必须确定桥底的曲线方程。
两个端点处的边界条件定义为除绕 Y 轴旋转之外的所有约束：
荷载大致分为两种，一种是恒载，一种是活载，均为5KN/m2，相当于线荷载，布置在梁上：
粗糙模型建立后，对计算结果进行检查：
国家标准有很多可以选择，中国标准有GB 50017-2003《钢结构设计规范》、JGJ 99-98《高层民用建筑钢结构技术规范》、JTJ 025-86《公路桥涵钢木结构设计规范》。可能是盗版软件的原因，标准都比较老了，所以我们还是用JTJ 025-86《公路桥涵钢木结构设计规范》。
简单定义两个工作条件：
两种情况的分项系数均为 1.0。不过，我们可以在这里手动干预并调整系数。
在模型支座反力计算结果中可以看出，虽然钢桥体型有拱度，且边界条件也对X方向进行了约束，但计算结果中并不存在水平推力。
我们看一下计算结果和位移结果：
钢梁内力结果：
板模拟梁：
《桥梁工程软件Midas Civil使用指南》一书介绍了另一种建模方法：使用板单元建模。首先在AutoCAD中画出断面的形状，定义断面的中间下节点为原点(0,0,0)，并保存为dxf格式。
使用Civil的导入功能导入横截面：
这里可以在“截面”中输入虚拟梁，否则无法进行分析。
然后定义板材的材料和厚度：
选择所有节点，使用“单位”→“扩展”、“复制”在X方向复制0.5m，共64次。
选中下部中间的所有节点，使用“投影”功能将节点移动到圆柱面上，建立梁的底面。由于两个边腹板是倾斜的，所以投影方向也是倾斜的，而底板上的其他节点都是垂直的，所以需要三个投影（底板和两个腹板）。
使用“镜像”功能完成另一半的建模，然后创建板单元设置悬臂钢板加劲肋：
钢桥模型完成。投影方式非常方便灵活，可以实现多种梁底曲线，不只是圆柱，还有圆锥、球体、椭球、抛物线等。类似的功能在PKPM、3D3S中都有使用，但Midas更丰富，功能更强大。
荷载排列如下：
要使用分配表面载荷来安排恒载和活载：
定义两侧下端点的边界条件：
运算结果、反作用力：
由于是拱形板梁，桥身对两侧支座产生X、Y方向的水平反力。
位移和变形：
可以看出，板单元模型的位移与变形比梁单元更能反映钢梁的实际变形。实际箱梁中，均按一定间隔设置隔板。
通过查看“板单元内力”可以看到内力情况：
在Civil的“建模助手”中可以看到使用板单元建模的工具，但是通过这个例子，我还是没有深入了解板单元建模的优点。唯一能理解的是，板单元建模可以准确地分析支座反力，特别是对于曲线梁底（拱形特征明显）的桥梁；并且板单元建模可以很好地分析钢桥的翘曲和扭曲特性。对于类似的桥梁，可以分别使用板单元和梁单元进行建模，用板单元模型分析支座反力，用梁单元模型分析内力……我想应该有更高效的方法。
曲梁分析：
Civil 中平面曲梁的分析与直梁的分析类似，不同之处在于必须为支撑处的节点定义局部坐标，这样可以更轻松地分析沿圆弧的切向和法向反作用力。节点处还有双支撑模拟，这也是一项非常强大的功能。
我们用一个工程来体会一下：根据《公路桥涵设计通用规范》的要求：曲线桥的曲线半径小于等于250m时，应考虑车辆荷载引起的离心力。由于这是一座非常简单的景观桥，所以不考虑车辆荷载，只简单考虑恒载和活载。
1：
2：
该桥平面曲率如图1所示，图2为钢桥实际截面图，这里将模型简化为单根箱梁：
定义节点的局部坐标：
作用在钢梁上的荷载为：恒载25Kn/m，活载25Kn/m，活载扭矩35Kn.m。
模拟双支撑，建立“刚性连接”或“弹性连接”。
刚性连接：在梁底部支撑的实际位置建立从属节点，将这些节点向下复制大约一个橡胶支座的距离，在这两个节点之间的“弹性连接”中使用“常规”连接，并利用橡胶支座提供的刚度值。底部节点按固结处理。
经过计算分析得到的反力结果如下：
弹性连接：不同于“刚性连接”，弹性连接的两个节点不存在主从关系，建模时一般采用“弹性连接”的“刚性”。
从两种连接方式在相同工况条件下的反力结果来看，数值差别不大。
有一种观点认为，支撑顶部节点与主梁上对应节点的连接最好采用“刚性连接”，而“弹性连接”的“刚性”有时因刚度协调问题导致返回结果不理想。另一种观点认为，“弹性连接”在施工阶段可以任意启用和停用，“刚性连接”在施工阶段只能启用而不能停用，因此一般双支撑模拟建议采用“弹性连接”。
这两种连接方式有什么区别？哪种更好？以我现在的水平，我也不知道。下面是其他的分析结果，位移：
弯矩：
扭矩：
在Civil的“设计”功能中，我发现Midas的一个小问题：自定义截面形式无法验证。不仅如此，软件中内置的一些截面形式也无法进行分析，比如“组合截面”、“变截面”等。Midas只能设计一些常规的梁单元，比如热轧型钢、焊接型钢等。Midas在这方面似乎不如3D3S。
其实没有哪个软件是万能的，有时候我们需要在结构概念明确的情况下手工进行计算。
以上就是结合实际的钢结构景观桥项目对Civil的一些功能和操作的简单体验，Civil最强大的功能之一就是对大型预应力钢筋混凝土箱梁截面（带车辆移动荷载）的分析与设计。
预应力钢筋混凝土箱梁简易分析（PSC设计）
在这里我主要学习了PSC截面钢筋的输入，预应力钢绞线的特性及形状，预应力荷载的施加，施工阶段的定义，以及车辆和车道荷载的布置等。
定义材料：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004，定义混凝土强度等级为C50，预应力钢绞线为Stand1860。
对于横截面，我定义一个简单的盒子横截面：
预应力钢筋混凝土截面的选择必须在PSC截面即“设计截面”栏中选择，可见我们可以根据需要修改截面尺寸，在“修改偏心距”项中选择“中下”，方便确定支架的实际位置。
定义了材料和横截面之后，下一步是定义混凝土的收缩和徐变特性。
土木工程有很多国家提供标准，这里我们选取中国标准。
“强度等级”一栏按JTG D62-2004中3.1.1条和附录A规定，对于C50混凝土填写50Mpa（附录A的公式很基础，完全看不懂）。
依据JTGD62-2004中表6.2.7，“环境年平均相对湿度”填写70%。
在“理论部件厚度”栏中暂时填写一个非零的整数，然后在程序计算结果中检查并修改。
“水泥类型系数”和“混凝土开始收缩龄期”应按JTG D62-2004附录F的有关要求填写。
这样就定义了混凝土的收缩和徐变函数。然后，使用“材料连接”功能将该函数属性分配给 C50 混凝土材料：
这样，C50混凝土就具有了收缩、徐变的特性。
让我们构建一座简单的桥梁，总长度为 60m，有三个跨度，单跨度为 20m：
在设计预应力钢筋混凝土时，需要进行施工阶段分析，其中也涉及到“组”的概念，包括不同的“单元组”、“荷载组”和“边界组”。在3D3S和PKPM中也遇到过“组”的概念，但并不像在Civil中那么重要。
首先定义“组”：
第一期建设为“结构组一”，1#至22#单元；第二期建设为“结构组二”，23#至42#单元；第三期建设为“结构组三”，43#至60#单元。
还定义了三个边界条件：“边界组 1”对应于第一施工阶段的“结构组 1”：
“边界组 2”对应于第二阶段施工的“结构组 2”：
“边界组3”对应第三施工阶段的“结构组3”：
3组边界组均采用双支撑模拟，在1#、20#、40#、61#节点设置边界条件。其中1#节点双支撑约束X、Y、Z方向平移和绕X、Z轴转动，其余3个节点双支撑约束Y、Z方向平移和绕X、Z轴转动。
对于这座桥，我定义了四种荷载，分别是桥梁本身的自重荷载、预应力钢绞线的预应力荷载、桥梁主体建成后施加在桥面的第二阶段恒定荷载、温度荷载。自重、预应力和第二阶段恒定荷载都是施工阶段的荷载。预应力荷载分为“预应力1”、“预应力2”和“预应力3”三组。第一组预应力钢绞线在第一施工阶段张拉，第二组预应力钢绞线在第二施工阶段张拉，第三组预应力钢绞线在第三施工阶段张拉。
施加预应力荷载有三个步骤。首先，定义肌腱的特性：
采用7根直径为15.2mm的钢绞线。钢筋松弛系数依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004第6.2.6条，低松弛取0.3。超拉验算时，程序也会根据《JTGD62-2004》第6.2.6条取超拉系数为0.9。预应力钢筋与管壁间的摩擦系数、管道每米局部偏差的摩擦影响系数分别根据《JTGD62-2004》中表6.2.2取0.3、0.0015。锚杆变形、钢筋收缩及接头压缩值根据《JTGD62-2004》中表6.2.3取6mm。
以上参数设置用于计算钢筋预应力损失，具体请参见JTG D62-2004中6.2节。
下面定义钢绞线的排布形状。Civil中有多种定义预应力钢绞线形状的功能，大致可以分为两种：一种是“工具”里的“钢绞线生成器”，这个比较陌生，我也没有用过。
我采用最常见的方法，即通过“预应力”中的“钢筋形状”来定义：
这种方法是通过钢束各个控制点的坐标值来定义钢束的形状，非常直观。如果控制点较多，也可以将坐标点和弯曲半径做成Excel表格，直接复制到Civil表中。这里我定义了6个钢束，分别是“钢束1”、“钢束2”、“钢束3”、“钢束4”、“钢束5”、“钢束6”，两两组成三个“钢束组”。钢束1、2对应“预应力1”，钢束3、4对应“预应力2”，钢束5、6对应“预应力3”。
钢绞线布置在腹板内，由于箱梁两侧腹板有一定的倾斜角度，每根钢绞线应与腹板角度一致，角度设置成绕X轴旋转。钢绞线布置完成后效果如下：
其实我一直在纠结预应力钢绞线的位置是否合理，像这样的箱梁，预应力钢绞线到底应该布置在翼缘板内？还是布置在两侧的腹板内？我完全没有经验。
确定了筋的位置之后jtj025-86 公路桥涵钢结构及木结构设计规范，就要布置预应力荷载。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004第6.1.3条规定，钢丝、钢绞线张拉控制应力值为0.75fpk，取1395000Kn/m2。
进入普通钢筋，“属性”→“截面”→“接口管理器”→“钢筋”：
输入方法和预应力钢筋类似，只是图中没有画出抗剪钢筋的输入，按照我自己的理解应该是设置在两侧腹板中，但是具体怎么设置还是不太清楚。
因为配置了普通钢筋，所以在计算截面刚度时必须考虑普通钢筋的影响，所以需要勾选“主控制数据”中的“PSC截面刚度计算中考虑普通钢筋”选项。
温度荷载设置为整体温升20摄氏度，这里的温度荷载发生在桥梁完工阶段，所以不属于施工荷载。土木工程中还可以考虑普通钢筋对混凝土收缩徐变的影响。运行“分析”→“施工阶段分析控制数据”→“时间效应应变控制”：
但很多数据背后的原理并不明确。
移动荷载的布置：首先，布置车道：
由于此桥为单梁结构，因此点击“车道单元”。
“偏心距”设置为0.5m，以考虑桥梁扭转效应。“车轮间距”按照《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011第10.0.2-4条设置为1.8m。这里我重新学习了“汽车荷载纵向折减系数”这个概念，实际桥梁上通过的车辆荷载不太可能达到某些极端特殊情况，大跨度桥梁按可靠度分析折减计算效果。根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015第4.3.1条规定，纵向折减系数计算公式为a=0.97913-4.7185x10-5*Lo。根据《JTG D60-2015》中表4.3.1-6，次桥全长仅60m，折减系数（比例系数）取1。设置车道效果如图所示：
根据《城市桥梁设计规范CJJ 11-2011》第10.0.2条和《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2015》第4.3.1条规定：“汽车荷载分为车道荷载和车辆荷载，车道荷载宜分为均布荷载和集中荷载。桥梁总体计算宜采用车道荷载，桥梁结构、桥台、挡土墙压力等局部荷载计算宜采用车辆荷载。车道荷载和车辆荷载的影响不得叠加。”土木工程专业委员会对此给出了非常详细的定义：
这里只对桥体进行分析计算，所以只定义车道荷载，不考虑人群荷载。
方案中给出的规范为《公路工程技术标准》JTGB01-2014，此处车道荷载的定义与《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015第4.3.1节相同。
车道和车辆随后连接在一起，这就是移动荷载情况的定义。
由于只有一条车道，因此无需考虑多车道组合。
定义移动荷载分析的主数据：
“每条线单元上的影响线点数”选项是为了保证计算的精度，点数越多，精度越高。
这里的“结构基频法”的确定，是参考《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015第4.3.2条的解释，这里我假设为0.8来计算冲击系数。
施工阶段的定义是Civil的一大特色，我定义了四个施工阶段：CS1、CS2、CS3、CS4，分别对应相应的结构组、边界组和荷载组。
CS1、CS2、CS3施工工期、材料龄期均为5天。
程序会根据输入的材料龄期计算混凝土的徐变，一般指从浇筑混凝土到拆除模板，直至机组开始运转（拆除脚手架）的时间，与施工工期无关，没有联系。
CS4对应的荷载组为“二期恒荷载”，考虑了混凝土10年的收缩徐变特性，由于工期较长，需要分步进行，这里使用程序进行自动划分。
我还是不太明白这种步骤划分的原理。
自此，桥梁的大致模型就建立好了，接下来我们进行计算分析。运行“分析”→“运行分析”。计算过程中一直担心会出现“WARNING”或者“ERROR”的提示，但信息窗口中还是有很多提示的，比如：
“迭代编号：1 位移误差标准..：0.10000E+01 收敛公差..：0.10000E-01”消息。
查了很多资料也没找到解释，很纳闷，感觉这样不影响程序对模型的正常分析和运行。
运行“结果”→“荷载组合”：
Civil 根据规范生成不同的荷载组合，我们还可以自定义荷载组合：
然后可以查看不同工况组合下的反力、内力、位移变形的计算结果。
反作用力：
位移、变形：
内力、内力图：
应力、应力图：
查看内力影响线：
查看位移影响线：
梁元详细分析（与 Midas Gen 功能相同）：
在这里分析移动载荷时，无法运行详细分析，因此某些载荷工况组合没有分析结果。
运行“结果”→“结果表”→“肌腱预应力损失”，查看预应力损失计算结果：
预制组件必须使用 PSC 进行设计。运行“PSC”→“设计参数”：
由于截面输入的是普通钢筋，根据《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004第6.1.2条规定，“构件类型”选择B类部分预制构件；根据同规范第6.4.2条规定，选择最大裂缝宽度限值。根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015第1.0.5条和表4.1.5-1规定，设计安全等级为1级。
要编辑材料属性：
确定裂缝宽度系数：
根据“高速公路的设计代码”的第6.4.3条，JTGD62-2004是钢棒的表面形状系数，C2是1.0，这是一个属性，该属性是1.0jtj025-86 公路桥涵钢结构及木结构设计规范，它是1.0，组件，以1.0为单位。
运行“ PSC Design”→“运行设计”→“ Beam Design”，并且消息“未计算的长度”，“跳过压缩验证”出现在信息窗口中。
我在Baidu上搜索，发现对于梁单元的设计，此提示不会影响其他PSC计算。
查看设计结果：
基本上，可以在规格中找到每个设计结果的相应计算基础。
“在施工阶段对正常压缩应力的验证”：根据第6.1.5、7.1.3和7.2.8条计算的“高速公路钢筋混凝土和预定层混凝土桥和涵洞的设计规范” JTG D62-2004。
“张力区域中钢杆的拉伸应力的验证”：根据第6.1.3和7.1.5条的“高速公路钢筋混凝土设计规格和预先介绍的混凝土桥梁和涵洞”的计算。
“使用过程中倾斜部分的裂纹电阻计算”：根据第6.3.1、6.3.2和6.3.3条计算的“高速公路钢筋混凝土设计规格和预定的混凝土桥梁和涵洞” JTG D62-2004。
“使用过程中的裂纹宽度验证”：根据“高速公路钢筋混凝土和预应力的混凝土桥和涵洞的设计规格”第6.4节计算的：JTG D62-2004。
“在使用过程中对正面截面的压缩应力的验证”：根据“高速公路钢筋混凝土和预应力的混凝土桥和涵洞的设计规范”第7.1.5条计算。” JTG D62-2004。
“在使用过程中对倾斜部分的主压缩应力的验证”：根据“高速公路钢筋混凝土和预应力的混凝土桥和涵洞的设计规范第7.1.6条计算” JTG D62-2004。
“普通钢条数量的估计”：根据“高速公路钢筋混凝土和预应力的混凝土桥梁和涵洞的设计规范”的第5.2.2、5.2.3、5.2.4和5.2.5条计算的JTG D62-2004。
“预应力钢筋数量的估计”：关于这一点，尚未在当前规格中找到该原理。
“使用过程中正常截面的弯曲计算”：根据第5.2.2、5.2.3、5.2.4和5.2.5条计算的“高速公路钢筋混凝土和预应力的混凝土桥梁和涵洞的设计规范” JTG D62-2004。
“使用过程中倾斜部分的剪切阻力验证”：根据第5.2.7至5.2.10条计算的“高速公路钢筋混凝土和预应力的混凝土桥和涵洞的设计规格” JTG D62-2004。
“使用过程中的扭转验证”：根据“高速公路钢筋混凝土和预应力的混凝土桥和涵洞”的“设计规格”的第5.5.1至5.5.5条计算。” JTG D62-2004。
在上面的数据中，红色表示验证尚未通过，并且显示“ ng”。
“ PSC设计内力”：
可以在此处查询各种内部力量结果，以提供手动验证和审查的数据。
尽管我无法理解的数据和参数太多，但我相信民事绝对可以帮助我们完成更多的工作。
结论
越过河流，感觉像婴儿一样是世界上最困难的事情之一，他跌倒了无数次。
洞察力降落在火星上，而又一次的又一次登上了婚姻。
无论如何，桥梁建设，我在这里...
