迈达斯模拟连续梁悬臂施工阶段分析

目 录悬臂法的施工顺序和施工阶段分析 1设定建模环境 3定义截面及材料 4结构建模 9建立预应力箱型梁模型 / 10建立桥墩模型 / 15建立结构群 / 16定义边界群以及 输入边界条件 / 20建立荷载群 / 23定义并建立施工阶段 25定义施工阶段 / 25建立施工阶段 / 30输入荷载 / 33使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析1悬臂法的施工顺序和施工阶段分析本用户指南将使用“使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析”中的例题，学习掌握使用一般建模功能做施工阶段分析的步骤。悬臂法(FCM)的施工顺序一般如下： 本 悬臂法桥梁例题为三跨连续梁使用了4台挂篮(F/T)，因此不必移动挂篮。施工下部工程同时进行制作及拼装挂篮分阶段施工下部工程架设零号块的临设并设置临时固结措施在零号块上布置挂篮拼装模板，布置钢筋和钢材(需七天)混凝土的浇筑及养护、张拉钢束(需五天)移动挂篮到下一个桥梁段施工完第一中间跨，移动挂篮施工边跨(FSM工法)施工合龙段(Key Seg.)布置永久支座，张拉下部钢束施工桥面收 尾高级应用例题2悬臂法施工阶段分析应该正确反应上面的施工顺序。施工阶段分析中各施工阶段的定义，在MIDAS/CIVIL里是通过激活和钝化结构群、边界群以及荷载群来实现的。下面将MIDAS/CIVIL中悬臂法桥梁施工阶段分析的步骤整理如下。1. 定义材料和截面2. 建立结构模型3. 定义并构建结构群4. 定义并构建边界群5. 定义荷载群6. 输入荷载7. 布置预应力钢束8. 张拉预应力钢束9. 定义时间依存性材料特性值并连接10. 运行11. 确认分析结果在“使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析”里使用悬臂法桥梁建模助手完成了上述28步骤。在本使用指南中，我们将使用一般功能完成上述施工阶段分析的18步骤。步骤911的方法与“使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析”相同，在本使用指南章节中将不赘述。使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析3设定建模环境为了做悬臂法桥梁的施工阶段分析首先打开新项目( 新项目 )以FCM.mcb名字保存( 保存 )文件。然后将单位体系设置为tonf和m。该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意地更换。文件 / 新项目文件 / 保存 ( FCM )工具 / 单位体系 长度 m ; 力 tonf 图1 设定单位体系 单位体系也可以在程序窗口下端的状态条中的单位选择按钮( )中选择修改。高级应用例题4定义截面及材料定义预应力箱型梁、桥墩、钢束的材料。模型 / 特性值 / 材料类型 混凝土 ; 规范 KS-Civil(RC)数据库 C400 类型 混凝土 ; 规范 KS-Civil(RC)数据库 C270 名称 (钢束) ; 类型 由用户定义 ; 规范 None分析数据弹性模量 (2.0e7)线膨胀系数 (1.0e-5) 图2 定义材料特性对话框使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析5将桥墩截面定义为用户类型后定义预应力箱型梁截面。使用 变截面群 功能将变截面区段定义为群，用户输入两端部的截面后程序会自动生成内部截面。因此用户不需要按桥梁段输入预应力箱型桥梁截面，只需使用 变截面群 功能输入支座处和跨中截面，程序自动会计算出整个桥梁的截面变化。首先定义桥墩截面。模型 / 特性值 / 截面数据库/用户 表单截面号 (1) ; 名称 (桥墩)截面形状 实心矩形 ; 用户 H (1.8), B(8.1) 图3 定义截面特性对话框高级应用例题6参照图4定义跨中预应力箱型梁截面。模型 / 特性值 / 截面箱型梁表单截面号 (2) ; 名称 (跨中)截面类型 单箱单室 ; 查看选项 截面大样变截面点 开/关 JO1 (开)偏心 中央-上部 外轮廓表单HO1 (0.25) ; HO2 (0.35) ; HO3 (2.1) BO1 (2.8) ; BO1-1 (1.05) ; BO3 (3.55) 内轮廓表单变截面点 开/关 JO1 (开), JI1 (开), JI5 (开)HI1 (0.275) ; HI2 (0.325) ; HI3 (1.59) HI4 (0.25) ; HI5 (0.26)BI1 (3.1) ; BI1-1 (1.35) BI3 (3.1) ; BI3-1 (1.85) 查看选项 实际截面 图4 定义跨中截面 考虑桥梁截面为变截面，定义偏心为中央-顶可以正确反应预应力箱型桥梁截面的变化。 在查看选项中选择实际截面可以观察实际输入的截面形状。 1.85023749使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析7参照图5定义支座位置预应力箱型梁截面。模型 / 特性值 / 截面箱型梁表单截面号 (3) ; 名称 (支座)截面类型 单箱单室 ; 查看 截面大样变截面点 开/关 JO1 (开)偏心 中央-上部外轮廓表单HO1 (0.25) ; HO2 (0.35) ; HO3 (6.4) BO1 (2.8) ; BO1-1 (1.05) ; BO3 (3.55) 内轮廓表单变截面点 开/关 JO1 (开), JI1 (开), JI5 (开)HI1 (0.275) ; HI2 (0.325) ; HI3 (5.3) HI4 (0.25) ; HI5 (0.85)BI1 (3.1) ; BI1-1 (1.35) BI3 (3.1) ; BI3-1 (1.85) 图5 定义支座处截面1.8024653735高级应用例题8使用输入的截面号分别为2号和3号的预应力箱型梁截面生成变截面类型。 模型 / 特性值 / 截面变截面表单截面号 (4) ; 名称 (跨中-支座)截面类型 PSC-1 Cell ; 变截面点 开/关 JO1 (开)截面-I (跨中)截面-j (支座)截面沿y轴的变化 线性 ; 截面沿z轴的变化 线性 偏心 中央-上部 截面号 (5) ; 名称 (支座-跨中)截面类型 PSC-1 Cell ; 变截面点 开/关 JO1 (开)截面-I (支座)截面-j (跨中)截面沿y轴的变化 线性 ; 截面沿z轴的变化 线性偏心 中央-上部 图6 变截面的构成 为了使用变截面类型生成变截面群，应先定义变截面。 因为制作曲线模板非常困难，所以在一个桥梁段内按直线变化考虑。在变截面表单中将截面变化定义为线性并将一个桥梁段看作一个梁单元。使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析9结构建模使用MIDAS/CIVIL的一般功能建立悬臂法桥梁模型。 为了做施工阶段分析，在定义了施工阶段之后，MIDAS/CIVIL将在两个作业模式(基本阶段和施工阶段)内运作。在基本阶段模式中，用户可以输入所有结构模型数据、荷载条件以及边界条件，但不在此阶段做结构分析。施工阶段模式是能做结构分析的模式。在施工阶段模式中，除了各施工阶段的边界条件和荷载之外，用户不能编辑修改结构模型。 施工阶段不是由个别的单元、边界条件或荷载组成的，而是将单元群、边界条件群以及荷载群经过激活和钝化处理后形成的。在施工阶段模式中可以编辑包含于处于激活状态的边界群、荷载群内的边界条件和荷载条件。 悬臂法桥梁的施工阶段荷载(钢束的预应力、挂篮荷载、桥梁段自重等)条件非常复杂，所以一般在基本阶段模式中建立结构模型和边界条件，在施工阶段模式中输入各施工阶段的荷载。建模的步骤如下。1.建立预应力箱型梁模型2.建立桥墩模型3.定义时间依存性材料并与材料连接4.建立结构群5.建立边界群并输入边界条件6.建立荷载群高级应用例题10建立预应力箱型梁模型参照图7建立预应力箱型梁模型。将每个桥梁段看作一个梁单元，以零号块和桥墩的交点、桥墩和桥墩的中心距离为基准分割单元。满堂支架法区段应考虑下部钢束的锚固位置分割单元。 图7 桥梁段的划分120987654321 FSM PFSM 120987654321P012 =0.4 50=721 =.4 50=72.134516781920234P.0.1 4=5LC 13451678192023 P2. 4=Segmnt 0.0.0Segmnt Segmnt Segmnt1 .0.0 .043Keyg KeySgKeyg3合龙段 1零号块零号块零号块合龙段 2合龙段 3桥梁段 1桥梁段 2 桥梁段 2桥梁段 1FSM区段FSM区段零号块使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析11首先建立节点后使用 扩展单元 功能建立预应力箱型梁右班跨模型。正面 , 自动对齐 (开), 捕捉点栅格 (关)捕捉轴网 (关), 捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开)模型 / 节点 / 建立节点坐标 (x, y, z) ( 0, 0, 0 ) 模型 / 单元 / 扩展单元全选扩展类型 节点 线单元单元类型 梁单元 ; 材料 1: C400截面 2: 跨中 ; 生成类型 移动和复制间距类型 不等间距 ; 轴 x间距 ( 21, 44.25, 21, 124.75, 4, 20.9, 21.2, 20.9, 4, 124.75, 1 ) 图8 生成右半跨梁单元高级应用例题12使用 镜像 功能将生成的右半跨梁单元对称复制。为了将对称复制的左侧的梁单元的坐标轴与右侧梁单元的坐标轴一致，选择反转单元坐标轴选项。模型 / 单元 / 镜像全选模型 复制 ; 对称平面 y-z平面x轴位置 : ( 150 ) 反转单元坐标轴 (开) 图9 对称复制梁单元(150)使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析13使用 选择属性 -单元 功能和 工作树形菜单 功能修改变截面区段和零号块梁单元截面。考虑到合龙段的支模一般将与合龙段连接的桥梁段12设计为等截面，所以将桥梁段111和零号块端部单元的截面修改为变截面。由跨中向支座变化的截面修改为跨中-支座截面，由支座向跨中变化的截面修改为支座-跨中截面，零号块截面修改为支座截面。树形菜单 工作表单 选择属性 -单元 ( 10 to 21, 69 to 80 ) 工作 特性值 截面 4: 跨中-支座 拖放选择属性 -单元 ( 28 to 39, 51 to 62 ) 工作 特性值 截面 5: 支座-跨中 拖放选择属性 -单元 ( 22 to 27, 63 to 68 ) 工作 特性值 截面 3: 支座 拖放图10 修改截面DragDropEnterEnter 键键键EnterEnter 键键键EnterEnter 键键键拖 放高级应用例题14使用 变截面群 功能将变截面区段的梁单元指定为变截面群。 模型 / 特性值 / 变截面群群名称 (1stspan) ; 单元列表 ( 10 to 21 )截面形状变化 z-轴 多项式 ( 2.0) 对称平面 从 i ; 距离 ( 0 ) 群名称 (2ndspan1) ; 单元列表 ( 28 to 39 )截面形状变化 z-轴 多项式 ( 2.0)对称平面 从 j ; 距离 ( 0 ) 群名称 (2ndspan2) ; 单元列表 ( 69 to 80 )截面形状变化 z-轴 多项式 ( 2.0)对称平面 从 i ; 距离 ( 0 ) 群名称 (3rdspan) ; 单元列表 ( 51 to 62 )截面形状变化 z-轴 多项式 ( 2.0)对称平面 从 j ; 距离 ( 0 ) 标准 , 消隐 (开)图11 指定变截面群 指定变截面群时，程序将根据两端部的截面自动计算出内部变截面的截面特性。 因为截面高度以二次抛物线方程形状变化，所以选择多项式并输入2.0。 在变截面群中，使用抛物线上的两点和对称平面的位置来决定二次抛物线方程。桥梁段12的j端是二次抛物线的对称面，所以选择变截面群的i端并且将距离输入为0(零)。使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析15建立桥墩模型复制预应力箱型梁的节点后使用 扩展单元 功能建立桥墩模型。将桥墩全长40m分割成6等分。消隐 (开), 正面模型 / 节点 / 移动和复制选择属性 -节点 ( 23, 27, 65, 69 ) 模型 复制 ; 间距类型 等间距dx, dy, dz ( 0, 0, -7 ) ; 复制次数 ( 1 ) 模型 / 单元 / 扩展单元选择最近建立的单元扩展类型 节点 线单元单元类型 梁单元 ; 材料 2: C270截面 1: 桥墩 ; 生成类型 移动和复制复制间距 等间距dx, dy, dz ( 0, 0, -40/6 ) ; 复制次数 ( 6 ) 图12 生成桥墩 因为预应力箱型梁单元截面是以截面上部中央为基准建立的模型，所以将节点沿Z方向复制到-7m(支座处截面总高度)的位置。EnterEnter 键键键高级应用例题16建立结构群图13是悬臂法桥梁的施工顺序和施工工期的计划表。在施工工序计划表中可以看出桥墩1和桥墩2有60天的施工时间差，所以当施工合龙段时两侧的桥梁段有60天的材龄差。 在实际建立施工阶段模型时，按两侧桥墩同时施工经过同样的施工阶段直到施工合龙段之前。在施工合龙段之前将桥墩1的材龄增加60天。 因为在施工阶段构件的安装和拆除是通过结构群的激活和钝化命令来完成的，所以首先应该将同时施工的单元分别定义为结构群。 图13 施工工序计划表 使用施工阶段时间荷载功能增加部分构件的材龄。详细内容参见土木结构分析中的时间依存分析定义并建立施工阶段 章节。 120987654321234567891021098765432123456789102ASEG (12DAY/)FM PRT71452369087654321 SEG (12DAY/)P PAFSM PARTPIR TBLIEFOTINGF/NK-N KEY-GNKEY-SGMNT (12DA/) S (12D/)PIER TABLIFOTINGF/N8CLOF IER CLOF IER使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析17建立结构群之前先生成结构群。群模型 / 群 / 结构群 / 定义结构群名称 ( 桥墩 ) ; 序列 ( 1to2 ) 名称 ( 零号块 ) ; 序列 ( 1to2 ) 名称 ( 桥梁段1 ) ; 序列 ( 1to12 ) 名称 ( 桥梁段2 ) ; 序列 ( 1to12 ) 名称 ( 合龙段 ) ; 序列 ( 1to3 ) 名称 ( C ) ; 序列 ( 1to2 ) 图14 生成结构群 在序列中输入数据可以同时生成多个结构群。 在树形菜单的群表单中可以查看生成的结构群。高级应用例题18使用 选择属性 -单元 功能和工作树形菜单功能将生成的结构群分配给梁单元。将定义的结构群钝化后再定义新的结构群，可以通过激活和钝化随时查看定义的结构群。树形菜单 群表单 选择属性 -单元 ( 83to103by4 84to104by4 ) 群 结构群 Pier1 拖放选择属性 -单元 ( 85to105by4 86to106by4 )群 结构群 Pier2 拖放选择属性 -单元 ( 21to28 )群 结构群 PierTable1 拖放选择属性 -单元 ( 62to69 )群 结构群 PierTable2 拖放图15 建立结构群EnterEnter 键键键EnterEnter 键键键EnterEnter EnterEnter Drag拖放使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析19其它结构群参照下表分别分配给各单元。表1 结构群的分配结构群 单元号 结构群 单元号P1Seg1 20, 29 P2Seg4 58, 73P1Seg2 19, 30 P2Seg5 57, 74P1Seg3 18, 31 P2Seg6 56, 75P1Seg4 17, 32 P2Seg7 55, 76P1Seg5 16, 33 P2Seg8 54, 77P1Seg6 15, 34 P2Seg9 53, 78P1Seg7 14, 35 P2Seg10 52, 79P1Seg8 13, 36 P2Seg11 51, 80P1Seg9 12, 37 P2Seg12 50, 81P1Seg10 11, 38 KeySeg1 7, 8P1Seg11 10, 39 KeySeg2 41, 82P1Seg12 9, 40 KeySeg3 48, 49P2Seg1 61, 70 FSM1 16P2Seg2 60, 71 FSM2 4247P2Seg3 59, 72高级应用例题20定义边界群以及输入边界条件建立模型之后，按桥梁段查看结构群(图16的)。 给建立的模型输入边界条件。在施工阶段分析中，单元、荷载、边界条件等所有信息都是以群的概念出现，通过激活和钝化群来建立各施工阶段。为了输入边界条件首先定义边界群。 群表单 (图16的部分)群 边界群 新建 ( BC )图16 定义边界群C 在群树形菜单中双击某个群，则该群将被选择。使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析21输入边界条件。将桥墩下端设置为固端，将预应力箱型梁两端设置成沿桥梁方向的滚动支座。模型 / 边界条件 / 支撑边界群名称 BC单选 (节点 : 1, 43 ) 支撑类型 Dy (开), Dz (开), Rx (开), Rz (开) 窗口选择 (节点 : 108 111 ) 支撑类型 D-All (开), R-All(开) 图17 输入边界条件节点 108 111节点 1 节点 43高级应用例题22为了使桥墩和预应力箱型梁在连接位置有相同的位移，使用弹性连接中连接类型选项中刚性连接将其连接起来。模型 / 边界条件 / 弹性连接边界条件群名称 BC连接类型 刚性连接复制弹性连接 (开)坐标轴 x ; 间距 ( 4.2, 125.8, 4.2 ) 2节点 ( 84, 23 ) 对齐缩放图18 桥墩和主梁的弹性连接节点 23节点 84 选择复制弹性连接选项后输入复制间距，可以同时输入多个边界条件。使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析23建立荷载群施工阶段荷载有结构自重、钢束的预应力荷载、挂篮(form traveller)自重、混凝土湿重(wet concrete)等四种。当激活结构物的自重时，程序将自动考虑已激活的结构群的自重 。除了自重以外的其它三种荷载在各个施工阶段要分别输入。各施工阶段的静力荷载如下。 具有初期材龄的处于激活状态单元的自重(Self) 作用于具有初期材龄的处于激活状态单元上的预应力荷载(PS) 作用于处于激活状态单元端部上的挂篮荷载(FT) 在支模和绑扎钢筋结束后，拆模前处于浇筑状态的混凝土湿重(WC) 考虑了各零号块施工时间差的施工阶段时间荷载(Time) 将各荷载工况定义为施工阶段荷载类型。荷载 / 静力荷载工况名称 (Self) ; 类型施工阶段荷载 名称 (PS) ; 类型施工阶段荷载 名称 (FT) ; 类型施工阶段荷载 名称 (WC) ; 类型施工阶段荷载 名称 (Time) ; 类型施工阶段荷载 图19 定义荷载条件 施工阶段时间荷载功能是给指定的单元以一定的材龄，从而考虑徐变和干缩等影响的功能。详细的内容参见用户在线手册中“施工阶段时间荷载” 章节。高级应用例题24定义各荷载工况所属的荷载群。群模型 / 群 / 结构群 / 定义荷载群名称 ( Self ) 名称 ( PS-PierTable );序列 ( 1to2 ) 名称 ( PS-P1Seg ) ; 序列 ( 1to12 ) 名称 ( PS-P2Seg ) ; 序列 ( 1to12 ) 名称 ( PS-KeySeg ) ; 序列 ( 1to3 ) 名称 ( FT-PierTable );序列 ( 1to2 ) 名称 ( FT-P1Seg ) ; 序列 ( 1to11 ) 名称 ( FT-P2Seg ) ; 序列 ( 1to11 ) 名称 ( FT-KeySeg ) ; 序列 ( 1to3 ) 名称 ( WC-P1Seg ) ; 序列 ( 1to12 ) 名称 ( WC-P2Seg ) ; 序列 ( 1to12 ) 名称 ( WC-KeySeg ) ; 序列 ( 1to3 ) 名称 ( TimeLoad ) 图20 定义荷载群 在树形菜单的群表单中可以查看荷载群。使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析25定义并建立施工阶段定义施工阶段在本用户指南中，悬臂法桥梁施工阶段分为桥墩和零号块的施工、桥梁段112的施工、合龙段1 3的施工等16个施工阶段(参见图21)。按施工阶段施工各桥梁段后，再按桥梁支座跨中顺序施工合龙段，即可完成整个桥梁的施工。另外，因为例题中的桥梁为刚构式悬臂法桥梁，所以各施工阶段的边界条件没有发生变化。 图21 施工顺序图悬臂法桥梁施工阶段分析中结构群和边界群的激活和钝化相对于荷载群是比较简单的，荷载群在结构群被激活时既要激活预应力荷载群和挂篮荷载群，又要激活混凝土湿重荷载群(参见图22)。FORM TRAVELER “Stage 1“ F/T “Stage 213“ 12 “Stage 14“ Key Seg. 1 “Stage 15“ Key Seg. 3 “Stage 16“ Key Seg. 2 除了刚构式悬臂法桥梁以外，还有内部支撑点为铰支的桥梁形式以及在桥墩和零号块之间设置支座的悬臂法桥梁形式。挂篮 阶段1 施工零号块以及设置挂篮阶段213 施工桥梁段112阶段14 施工并完成合龙段1阶段15 施工并完成合龙段3阶段16 施工并完成合龙段2高级应用例题26图22 加载施工阶段N的荷载如图22中，在同一施工阶段中荷载加载时间不同时，可以使用 添加步骤 功能将荷载分步骤激活。 将挂篮前移、支模以及绑扎钢筋、铺设钢束孔道等所需时间假设为7天，将混凝土养生时间假设为5天，在各施工阶段中定义1个 添加步骤 。各施工阶段开始阶段被激活的桥梁段具有5天材龄并承受预应力荷载和挂篮荷载。 图23 施工工序计划表120987654321234567891021098765432123456789102ASEG (12DAY/)FM PRT174512369087654321 SEG (12DAY/)P PAFSM PARTPIR TBLIEFOTINGF/NK-N KEY-GNKEY-SGMNT (12DA/) S (12D/)PIER TABLIFOTINGF/N8CLOF IER CLOF IERe e firstday aditonlsp(7hy) 5 12施工阶段N的第一天 施工阶段N的添加步骤(第7天)挂篮荷载 混凝土湿重5天材龄 12天材龄使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析27在图21的施工顺序图中，两个桥墩的桥梁段看起来是同时施工，但是在图23的施工工序计划表中可以看出桥墩1的桥梁段比桥墩2的桥梁段提前施工60天。两个桥墩的悬臂桥梁段如果有施工时间差，即混凝土的材龄有差异的话，其徐变、干缩和预应力损失量也将不同。另外，因为60天的时间差异，两个桥墩的悬臂梁的挠度也