悬臂梁桥分析与设计-实训(张兆宁老师)

工程软件实训工程软件实训 C C Midas Civil Midas Civil 培训培训 悬臂梁桥分析与设计悬臂梁桥分析与设计 兰州理工大学土木工程学院兰州理工大学土木工程学院 2014 2014 年秋季学期年秋季学期 Midas civil Midas civil 培训实例培训实例 目目 录录 1 概概要要 1 2 设设置操作置操作环环境境 4 3 定定义义材料和截面材料和截面 5 4 建立建立结构结构模型模型 14 5 非非预应预应力力钢钢筋筋输输入入 29 6 输输入荷入荷载载 30 7 定定义义施工施工阶阶段段 42 8 输输入移入移动动荷荷载数载数据据 48 9 运运行行结构结构分析分析 52 10 查查看分析看分析结结果果 52 11 PSC设计设计 62 附附录录 关关于于温温度荷度荷载载和支座沉降的模和支座沉降的模拟拟 70 1 概要概要 本桥为30 50 30三跨混凝土悬臂梁桥 其中中跨为挂孔结构 挂孔梁为普通钢筋混凝 土梁 梁长16m 墩为钢筋混凝土双柱桥墩 墩高15m 注 本例题并非实际工程 仅作为软件功能介绍的参考例题 在简化过程中省略了边跨合龙段模拟 成桥温度荷载模拟 通过本例题重点介绍MIDAS Civil软件的施工阶段分析功能 普通钢筋的输入方法 钢 束预应力荷载的输入方法 移动荷载的输入方法和查看分析结果的方法 PSC设计及RC设 计数据的输入方法和查看设计结果的方法等 图图1 分析模型分析模型 桥梁概况及一般截面桥梁概况及一般截面 桥梁形式 三跨混凝土悬臂梁 桥梁长度 L 30 50 30 110 0 m 其中中跨为挂孔结构 挂梁长16m 为钢筋混凝土结构 施工方法 悬臂施工T构部分 满堂支架施工边跨现浇段 边跨合龙时 中跨 体系转换为简支单悬臂结构 拆除施工支架 然后施工中跨挂梁 挂梁与中跨主梁铰接 施工桥面铺装 并考虑3650天收缩徐变 预应力布置形式 T构部分配置顶板预应力 边跨配置底板预应力 截面形式如下 图图2 跨中跨中箱梁截面箱梁截面 图图3 墩顶箱梁截面墩顶箱梁截面 梁梁桥桥分析分析与设计与设计的一般的一般步骤步骤 1 定义材料和截面 2 建立结构模型 3 输入非预应力钢筋 4 输入荷载 恒荷载 钢束特性和形状 钢束预应力荷载 5 定义施工阶段 6 输入移动荷载数据 选择移动荷载规范 定义车道 定义车辆 移动荷载工况 7 运行结构分析 8 查看分析结果 9 PSC设计 预应力混凝土梁 10 RC设计 普混梁和柱 PSC设计参数确定 RC设计参数的确定 运行设计 运行RC梁设计 运行RC柱设计 查看设计结果表格和图形 查看设计结果表格和图形 输出PSC设计计算书 输出RC设计计算书 使用的材料使用的材料 混凝土混凝土 主梁采用JTG04 RC 规范的C50混凝土 桥墩采用JTG04 RC 规范的 C40混凝土 钢材钢材 采用JTG04 S 规范 在数据库中选Strand1860 荷载荷载 恒荷载恒荷载 自重 在程序中按自重输入 由程序自动计算 预应力预应力 钢束 15 2 mm 31 截面面积 Au 4340 mm2 孔道直径 130 mm 钢筋松弛系数 开 选择JTG04和0 3 低松弛 超张拉 开 预应力钢筋抗拉强度标准值 fpk 1860N mm 2 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数 0 25 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数 1 5e 006 1 mm 锚具变形 钢筋回缩和接缝压缩值 开始点 6mm 结束点 6mm 张拉力 抗拉强度标准值的75 张拉控制应力1395MPa 徐变和收缩徐变和收缩 条件 水泥种类系数 Bsc 5 5代表普通硅酸盐水泥 28天龄期混凝土立方体抗压强度标准值 即标号强度 fcu f 50N mm 2 长期荷载作用时混凝土的材龄 o t 5天 混凝土与大气接触时的材龄 s t 3天 相对湿度 70 RH 构件理论厚度 程序计算 适用规范 中国规范 JTG D62 2004 徐变系数 程序计算 混凝土收缩变形率 程序计算 移动移动荷载荷载 适用规范 公路工程技术标准 JTG B01 2003 荷载种类 公路I级 车道荷载 即CH CD 2 设设置操作置操作环环境境 打开新文件 新项目新项目 以 混凝土混凝土悬臂悬臂梁梁 为名保存 保存保存 将单位体系设置为 KN 和 m 该单位体系可根据输入数据的种类任意转换 文件文件 新项目新项目 文件文件 保存保存 混凝土混凝土悬臂悬臂梁梁 工具工具 单位体系单位体系 长度长度 m 力力 KN 图图4 设置单位体系设置单位体系 单位体系还可以单位体系还可以 通过点击画面下端通过点击画面下端 状态条的单位选择状态条的单位选择 键键 来进行转换来进行转换 3 定义材料和截面定义材料和截面 定义材料定义材料 下面定义模型中所使用的混凝土和钢束的材料特性 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 材料材料 类型类型 混凝土混凝土 规范规范 JTG04 RC 数据库数据库 C50 名称名称 主梁主梁 类型类型 混凝土混凝土 规范规范 JTG04 RC 数据库数据库 C40 名称名称 桥墩桥墩 名称名称 Strand1860 类型类型 钢材钢材 规范规范 JTG04 S 数据库数据库 Strand1860 图图5 定义材料对话框定义材料对话框 定义截面定义截面 预应力混凝土连续梁通常采用箱梁截面 可以使用截面数据库中的设计截面 来定义 首先定义控制位置的一般截面 然后再使用一般截面定义变截面 注 因为对于主梁要进行PSC设计和RC设计 因此主梁截面必须用设计 截面来定义 而墩截面必须用数据库 用户截面来定义 同时定义多种同时定义多种 材料特性时材料特性时 使用使用 键 可 以键 可 以 连连 续续输入输入 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 截面截面 添加添加 截面类型截面类型 设计截面设计截面 单箱单室单箱单室 截面号截面号 1 名称名称 跨中跨中 图图6 定义跨中定义跨中位置处位置处截面截面 按照左图输入跨中位置处截面按照左图输入跨中位置处截面 的各控制尺寸的各控制尺寸 并且打开程序并且打开程序 自动定义剪切验算位置和自动自动定义剪切验算位置和自动 搜索腹板厚度功能搜索腹板厚度功能 考虑剪切变形考虑剪切变形 开开 偏心偏心 中中 上上部部 图图7 定义定义支座位置处支座位置处截面截面 按照左图输入支座位置处截面按照左图输入支座位置处截面 的各控制尺寸的各控制尺寸 并且打开并且打开程序程序 自动定义剪切验算位置和自动自动定义剪切验算位置和自动 搜索腹板厚度功能搜索腹板厚度功能 考虑剪切变形考虑剪切变形 开开 偏心偏心 中中 上上部部 根据已定义的等截面定义变截面 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 截面截面 添加添加 截面类型截面类型 变截面变截面 单箱单室单箱单室 截面号截面号 3 名称名称 跨中跨中 支座支座 偏心偏心 中中 上部上部 截面截面I J端通过导入已经定义的跨中截面和支座截面来定端通过导入已经定义的跨中截面和支座截面来定义义 图图8 变截面变截面 跨中跨中 支座支座 定义对话框定义对话框 图图9 变截面变截面 支座支座 跨中跨中 定义对话框定义对话框 在变截面I端导入跨中截面 J端导入支座截面 截面偏心选择中 上部 注 变截面梁实际的变化规律 以变截面组中定义的规律 为准 图图10 定义桥墩截面定义桥墩截面 使用 数据库 用户 中截面 定义桥墩截面 截面偏心选择中心 挂梁截面与跨中截面形式一样 可由跨中截面复制生成 在材料和截面列表中选择跨中截面 然后点击截面列表右侧的复制命令 生成新 的截面 然后再对新生成的截面修改截面名称即可 图图11 复制生成挂梁截面复制生成挂梁截面 注 对复制生成的截面修改 截面名称即可 最终全桥截面数据如下图所示 图图12 截面列表截面列表 定义定义材料材料时间依存时间依存特性特性并连接并连接 施工过程需要考虑主梁和桥墩的收缩徐变特性 为了考虑徐变 收缩 下面定 义混凝土材料的时间依存特性 材料的时间依存特性参照以下数据来输入 标号强度 fcu k 50000 KN m2 主梁 fcu k 40000 KN m2 桥墩 相对湿度 RH 70 理论厚度 1m 采用程序自动计算 拆模时间 3天 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 时间依存性材料时间依存性材料 徐变和收缩徐变和收缩 名称名称 主梁收缩徐变主梁收缩徐变 设设计标准计标准 China JTG D62 2004 标号标号强度强度 50000 环境年平均相对湿度环境年平均相对湿度 40 99 70 构件的理论厚度构件的理论厚度 1 水泥种类系数水泥种类系数 Bsc 5 开始收缩时的混凝土材龄开始收缩时的混凝土材龄 3 名称名称 桥墩收缩徐变桥墩收缩徐变 设计标准设计标准 China JTG D62 2004 标号标号抗压强度抗压强度 40000 环境年平均相对湿度环境年平均相对湿度 40 99 70 构件的理论厚度构件的理论厚度 1 水泥种类系数水泥种类系数 Bsc 5 开始收缩时的混凝土材龄开始收缩时的混凝土材龄 3 截面形状比较复杂时截面形状比较复杂时 可使用可使用模型模型 材料和截面材料和截面 特性值特性值 修改单元材料时修改单元材料时 间依存特性间依存特性 的功能来输的功能来输 入入h h值值 图图13 定义定义主梁主梁的徐变和收缩特性的徐变和收缩特性 图图14 定义桥墩的徐变和收缩特性定义桥墩的徐变和收缩特性 参照图15将一般材料特性和时间依存材料特性相连接 即将时间依存材料 特性赋予相应的材料 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 时间依存材料连接时间依存材料连接 时间依存材料类型时间依存材料类型 徐变和收缩徐变和收缩 主梁主梁徐变和收缩徐变和收缩 选择指定的材料选择指定的材料 材料材料 1 主梁主梁 选择的材料选择的材料 时间依存材料类型时间依存材料类型 徐变和收缩徐变和收缩 桥墩徐变和收缩桥墩徐变和收缩 选择指定的材料选择指定的材料 材料材料 2 桥墩桥墩 选择的材料选择的材料 图图15 连接时间依存材料特性连接时间依存材料特性 4 建立结构模型建立结构模型 利用建立节点建立节点和扩展单元扩展单元的功能来建立单元 模型模型 节点节点 建立节点建立节点 坐标坐标 0 0 0 模型模型 单元单元 扩展单元扩展单元 全选全选 扩展类型扩展类型 节点节点 线单元线单元 单元类型单元类型 梁单元梁单元 材料材料 1 主梁主梁 截面截面 1 跨中跨中 生成形式生成形式 复制和移动复制和移动 复制和移动复制和移动 等间距等间距 dx dy dz 1 0 0 复制次数复制次数 110 图图16 建立几何模型建立几何模型 根据桥梁所处位置给各桥梁段赋予实际的截面信息 参照前面的图1可以看到 本桥在边跨的端部为等截面 中跨的挂梁部分为等截面 其他主梁为变截面 各截面对应的单元编号如下表所示 截面名称 单元编号 跨中 1to13 98to110 支座 30 31 80 81 跨中 支座 14to29 64to79 支座 跨中 32to47 82to97 跨中挂梁 48to63 以修改截面由低变高梁段 即 跨中 支座 梁段截面信息为例 首先通过窗口选择单 元14 29以及单元64 79 或者直接在单元选择框内输入单元编号 14to29 64to79 回车 则模型窗口中显示 14to29 64to79 单元被选中 然后在树形菜单中选择 跨 中 支座 截面 按下鼠标左键不放 拖放至模型窗口 松开鼠标左键 则原模型窗 口中被选择的单元的截面信息被重新赋予为 跨中 支座 截面 如下图所示 图图17 选择要选择要修改截面信息修改截面信息的单元的单元 图图18 修改截面信息后修改截面信息后 单元选择框 多种选择和解 除选择方式 对于变截面构件需对于变截面构件需 要定义每个单元适用要定义每个单元适用 的变截面信息的变截面信息 而对于而对于 一组变化规律相同的一组变化规律相同的 单元单元 使用变截面组功使用变截面组功 能更快更方便的定义能更快更方便的定义 一组变截面单元一组变截面单元 修改截面信息后会发现对应变截面梁段截面变化不连续 因此需要对变截面梁段 定义变截面组 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 变截面组变截面组 组名组名称称 跨中跨中 支座支座 单元列表单元列表 14to29 64to79 可以直接输入单元编号可以直接输入单元编号 也可以在模型窗口也可以在模型窗口 中选择单元中选择单元 截面形状的变化截面形状的变化 z轴轴 多项式多项式 1 6 对称平面对称平面 i 距离距离 0m y轴轴 线性线性 添加添加 则该段变截面梁段的形状改变如下图所示 图图19 定义变截面组后结构显示形状定义变截面组后结构显示形状 按照如上所述方法 修改中墩墩顶单元截面信息 截面由高变低 即截面 支座 跨中 梁段截面信息及变截面组信息 其中 支座 跨中 梁段的变截面组信息参考 如下 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 变截面组变截面组 组组名称名称 支座支座 跨中跨中 单元列表单元列表 32to47 82to97 截面形状的变化截面形状的变化 z轴轴 多项式多项式 1 6 对称平面对称平面 j 距离距离 0m y轴轴 线性线性 添加添加 建立桥墩单元建立桥墩单元 选择墩顶处对应的主梁节点31和81 通过建立墩顶节点和扩展单元的功能建立桥 墩单元 模型模型 节点节点 复制和移动复制和移动 形式形式 复制复制 复制和移动复制和移动 等间距等间距 间距间距 0 0 3 5 复制次数复制次数 1次次 适用适用 图图20 复制墩顶主梁节点复制墩顶主梁节点 选择复制生成的主梁底部节点 沿桥横向复制生成墩顶节点 视图视图 选择新近建立的个体选择新近建立的个体 或者直接在窗或者直接在窗口选择复制生成的节点口选择复制生成的节点112 113 模型模型 节点节点 复制和移动复制和移动 形式形式 复制复制 复制和移动复制和移动 任意间距任意间距 方向方向 y 间距间距 2 4 适用适用 图图21 复制生成墩顶节点复制生成墩顶节点 注 意 输 入 间 距注 意 输 入 间 距 时时 中间的逗号不中间的逗号不 能用中文逗号能用中文逗号 必必 须使用英文逗号须使用英文逗号 选择新建项目选择新建项目 节点节点114to117 模型模型 单元单元 扩展扩展 扩展类形扩展类形 节点节点 线单元线单元 单元属性单元属性 梁单元梁单元 材料材料 2 桥墩桥墩 截面截面 5 矩形桥墩矩形桥墩 复制和移动复制和移动 等间距等间距 0 0 1 复制次数复制次数 15 适用适用 图图22 扩展生成桥墩扩展生成桥墩 修改单元的理论厚度修改单元的理论厚度 主梁和桥墩建立完成后 就可以通过程序自动计算每个单元的构件理论厚度 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 修改单元的材料时间依存特性修改单元的材料时间依存特性 选项选项 添加添加 替换替换 单元依存材料特性单元依存材料特性 构件的理论厚度构件的理论厚度 自动计算自动计算 开开 规范规范 中国标准中国标准 公式为公式为 a 0 5 全选全选 适用适用 图图23 修改单元理论厚度修改单元理论厚度 定义结构组定义结构组 边界边界组和荷载组组和荷载组 为了进行施工阶段分析 将在各施工阶段 construction stage 所要激活和钝 化的单元 边界条件 荷载定义为组 并利用组来定义施工阶段 组组 结构租结构租 新建新建 定义结构组定义结构组 名称名称 墩与悬墩与悬臂臂1 名称名称 悬臂悬臂段段2 名称名称 主梁主梁 名称名称 挂梁段挂梁段 名称名称 边跨满堂边跨满堂 组组 边界租边界租 新建新建 定义边界组定义边界组 名称名称 墩底固结墩底固结 名称名称 墩顶连接墩顶连接 名称名称 边跨滑动支座边跨滑动支座 名称名称 中跨临时固定中跨临时固定 名称名称 体系转换体系转换 名称名称 满堂支撑满堂支撑 名称名称 挂孔挂孔 图图24 结构组列表结构组列表 图图25 边界组列表边界组列表 为了利用为了利用 桥梁桥梁 内力图内力图 功能查看功能查看 分析结果而将分析结果而将所所有有 主梁单元主梁单元定义为定义为一一 个结构个结构组组 组组 荷载租荷载租 新建新建 定义荷载组定义荷载组 名称名称 自重自重 名称名称 二期二期 名称名称 满堂段预应力满堂段预应力 名称名称 悬臂段预应力悬臂段预应力 后缀后缀 1to2 图图26 荷载组荷载组列表列表 输入边界条件输入边界条件 因为主梁截面的偏心点选择的是中上部 而支座位于主梁的底部 因此需要 在主梁的底部建立支座节点 并在支座节点上定义约束内容 并将支座节点与主 梁节点通过刚臂进行连接 对于边跨满堂支架施工段 在施工过程中 梁底部有支架的临时支撑作用 对支架采用只受压弹性连接模拟 支架底部采用固结 因此需要定义满堂施工梁 段梁底节点 可以通过对主梁节点进行复制生成 如下所示 单元号单元号 关关 节点号节点号 开开 模型模型 节点节点 复制和移动复制和移动 选择节点选择节点 1to11 101to111 形式形式 复制复制 复制和移动复制和移动 复制复制 间距间距 0 0 2 复制次数复制次数 1次次 适用适用 图图27 复制生成满堂支架临时支撑点复制生成满堂支架临时支撑点 定义边跨永久滑动支座 使用一般支承方式定义边跨永久滑动支座 模型模型 边界条件边界条件 一般支承一般支承 单选单选 节点节点 178 199 边界组边界组名称名称 边跨滑动支座边跨滑动支座 选择选择 添加添加 支承支承条件类型条件类型 Dy Dz Rx 开开 图图28 定义边跨滑动支座定义边跨滑动支座1 永久支座永久支座 主梁与支座节点的连接关系 使用刚性弹簧来连接 模型模型 边界条件边界条件 弹性连接弹性连接 边界组名称边界组名称 边跨滑动支座边跨滑动支座 选择选择 添加添加 弹性连接数据弹性连接数据 刚性刚性 连接两点连接两点 178 1 199 111 图图29 定义边跨滑动支座定义边跨滑动支座2 永久支座永久支座 定义边跨满堂施工部分的支架 使用一般支承方式定义支架底固结作用 使 用只受压弹性连接模拟支架支撑作用 模型模型 边界条件边界条件 一般支承一般支承 窗口窗口选选则则 节点节点 179to198 边界组名称边界组名称 满堂支撑满堂支撑 选择选择 添加添加 支承支承条件类型条件类型 D ALL R ALLx 开开 图图30 满堂支架底部固结满堂支架底部固结 模型模型 边界条件边界条件 弹性连接弹性连接 边界组名称边界组名称 满堂支撑满堂支撑 选选项项 添加添加 连接连接类型类型 只受压只受压 SDX 10000KN M 复制弹性连接复制弹性连接 开开 节点增幅节点增幅 方向方向 x 复制次数复制次数 9次次 节点增幅节点增幅 1 依次鼠标点击支架的两点依次鼠标点击支架的两点 179 2 189 101 图图31 弹性连接模拟弹性连接模拟边跨满堂支架边跨满堂支架 图图32 边跨满堂施工梁段临时支撑约束表格边跨满堂施工梁段临时支撑约束表格 中墩位置处的连接涉及到三种边界条件的模拟 在施工过程中 首先施工T 构部分 主梁与桥墩为固结 在边跨合龙后 需要对中墩进行体系转换 使边跨 形成简支单悬臂状态 在吊装挂梁后 挂梁与主梁铰接 因此需要释放挂梁的弯 曲自由度 形成三跨悬臂梁体系 因此在固结时使用弹性连接的刚性模拟 在体 系转换时 使用主从刚性连接模拟 模型模型 边界条件边界条件 弹性弹性连接连接 边界组名称边界组名称 墩顶连接墩顶连接 选选项项 添加添加 连接类型连接类型 刚性刚性 两点两点 112 114 112 116 113 115 113 117 边界组名称边界组名称 中墩临时固定中墩临时固定 选选项项 添加添加 连接类型连接类型 刚性刚性 两点两点 112 31 113 81 模型模型 边界条件边界条件 刚性连接刚性连接 选择节点选择节点 112 边界组名称边界组名称 体系转换体系转换 选选项项 添加添加 主节点主节点 31 刚性连接的自由度刚性连接的自由度 DX DY DZ RX RZ 适用适用 图图33 刚性连接模拟成桥约束刚性连接模拟成桥约束 选择节点选择节点 113 边界边界组名称组名称 体系转换体系转换 选选项项 添加添加 主节点主节点 81 刚性连接的自由度刚性连接的自由度 DX DY DZ RX RZ 适用适用 墩底采用固结 使用一般支承模拟 视图视图 选择选择 平面选择平面选择 平面平面 xy平面平面 Z坐标坐标 用鼠标在模型窗口中点击任一个墩底节点用鼠标在模型窗口中点击任一个墩底节点 坐标为坐标为 18 5 则选择位于则选择位于z 18 5的的xy平面内所有节点和单元平面内所有节点和单元 模型模型 边界条件边界条件 一般支承一般支承 边界组名称边界组名称 墩底固结墩底固结 选择选择 添加添加 支承条件类型支承条件类型 D ALL R ALL 适用适用 挂梁处采用铰接 在程序中以释放梁端约束模拟挂梁与主梁的简支关系 模型模型 边界条件边界条件 释放梁端释放梁端部约束部约束 选择单元选择单元 48 边界组名称边界组名称 挂孔挂孔 选选项项 添加添加 替换替换 选择类型和释放比率选择类型和释放比率 类型类型 相对值相对值 i节点节点 My 开开 j节点节点 无无 适用适用 选择单元选择单元 63 边界组名称边界组名称 挂孔挂孔 选择选择 添加添加 替换替换 选择类型和释放比率选择类型和释放比率 类型类型 相对值相对值 i节点节点 无无 j节点节点 Fx 开开 My 开开 适用适用 图图34 释放梁端约束模拟挂孔铰接释放梁端约束模拟挂孔铰接 分配结构组分配结构组 整个桥梁分为5个施工阶段 共涉及5个结构组 各结构组对应的具体单元内 容如下表所示 结构组名称 节点列表 单元列表 墩与悬臂段 1 112 113 23to38 73to88 111to170 悬臂段2 14to22 39to47 64to72 8 9to97 边跨满堂 178to199 1to13 98to110 挂梁段 48to63 主梁 1to110 注 这里的节点列表指的是除了单元外的其他包含在结构组中的节点信息 参考结构组的内容表格通过窗口选择和鼠标拖放的功能定义各个结构组 5 非预应力非预应力钢筋输入钢筋输入 非预应力钢筋可以使用截面钢筋来输入 具体输入方法如下 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 截面钢筋截面钢筋 设计设计截面列表截面列表 跨中跨中 纵纵向钢筋向钢筋 i j 两端钢筋信息相同两端钢筋信息相同 开开 I端端 1 直径直径 d16 数量数量 66 Ref Y 中央中央 Y 0 Ref Z 上部上部 Z 0 06 间距间距 0 15 2 直径直径 d16 数量数量 33 Ref Y 中央中央 Y 0 Ref Z 下部下部 Z 0 06 间距间距 0 15 抗剪钢筋抗剪钢筋 i j 两端钢筋信息相同两端钢筋信息相同 开开 I端端 弯起钢筋弯起钢筋 开开 间距间距 1 5m 角度角度 45 Aw 0 0005m 2 抗扭钢筋抗扭钢筋 开开 间距间距 0 2m Awt 0 0004m 2 Alt 0 002m 2 箍筋箍筋 开开 间距间距 0 2m Aw 0 0008m 2 箍筋内表面包围的截面核芯面积箍筋内表面包围的截面核芯面积 开开 保护层厚度保护层厚度 0 05m 考虑翼缘考虑翼缘 悬臂悬臂 开开 图图35 截面钢筋输入截面钢筋输入 箍 筋 采 用箍 筋 采 用 的是的是d16d16四四 肢 闭 合 箍肢 闭 合 箍 筋筋 其他截面的截面钢筋信息可以参照 跨中 截面的截面钢筋数据输入 或者直 接由 跨中 截面钢筋复制生成 具体输入方法如下 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 截面钢筋截面钢筋 设计截面列表设计截面列表 跨中跨中 复制截面钢筋给复制截面钢筋给 全选全选 图图36 复复制截面钢筋制截面钢筋 6 输入荷载输入荷载 输入施工阶段分析中的自重荷载 预应力荷载和铺装荷载 本例题对实际结构进行了简化 对于成桥的温度荷载这里略去没有模拟 关 于温度荷载的说明可以参考midas的在线帮助和其他技术资料 荷载荷载 静力荷载工况静力荷载工况 名称名称 自重自重 类型类型 施工阶段荷载施工阶段荷载 名称名称 预应力预应力 类型类型 施工阶段荷载施工阶段荷载 名称名称 铺装铺装 类型类型 施工阶段荷载施工阶段荷载 图图37 定义定义静力荷载工况静力荷载工况名称名称 输入恒荷载输入恒荷载 使用 自重自重 功能输入自重荷载 荷载荷载 自重自重 荷载工况名称荷载工况名称 自重自重 荷载组名称荷载组名称 自重自重 自重系数自重系数 Z 1 图图38 输入输入自重自重荷载荷载 使用 梁单元荷载梁单元荷载 功能输入铺装荷载 选择单元选择单元 视图视图 选择选择 属性属性 选择属性选择属性 材料材料 选择主梁材料添加选择主梁材料添加 则所有材料属性为主梁的单元被选择则所有材料属性为主梁的单元被选择 图图39 根据单元属性选择单元根据单元属性选择单元 荷载荷载 梁单元荷载梁单元荷载 荷载工况名称荷载工况名称 铺装铺装 荷载组名称荷载组名称 二期二期 选项选项 添加添加 荷载类型荷载类型 均布荷载均布荷载 偏心偏心 关关 方向方向 整体坐标系整体坐标系Z 数值数值 相对值相对值 x1 0 x2 1 w 32 5KN m 适用适用 图图40 用梁单元荷载定义铺装荷载用梁单元荷载定义铺装荷载 输入钢束特性值输入钢束特性值 荷载荷载 预应力荷载预应力荷载 钢束特性值钢束特性值 预应力钢束的名称预应力钢束的名称 钢束钢束 预应力钢束的类型预应力钢束的类型 内部内部 后张后张 材料材料 3 Strand1860 钢束总面积钢束总面积 0 00434 或者或者 钢铰线公称直径钢铰线公称直径 15 2mm 1x7 钢铰线股数钢铰线股数 31 导管导管直径直径 0 13 钢束松弛系数钢束松弛系数 开开 JTG04 0 3 超张拉超张拉 开开 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数预应力钢筋与管道壁的摩擦系数 0 25 管道每米局部偏管道每米局部偏差对摩擦的影响系数差对摩擦的影响系数 1 5e 003 1 m 锚具变形锚具变形 钢筋回缩和接缝压缩值钢筋回缩和接缝压缩值 开始点开始点 0 006m 结束点结束点 0 006m 粘结类型粘结类型 粘结粘结 图图41 输入钢束特性值输入钢束特性值 输入钢束形状输入钢束形状 首先输入左墩顶顶板束的形状 消隐消隐 关关 单元号单元号 开开 节点号节点号 关关 荷载荷载 预应力荷载预应力荷载 钢束钢束布置布置形状形状 钢束名称钢束名称 顶板顶板1 1 钢束特性值钢束特性值 钢束钢束 窗口选择窗口选择 单元单元 29to32 输入类型输入类型 3 D 曲线类型曲线类型 圆弧圆弧 钢束直线段钢束直线段 开始点开始点 0 结束点结束点 0 无应力场长度无应力场长度 用户定义长度用户定义长度 开始开始 0 结束结束 0 布置形状布置形状 坐标轴类型坐标轴类型 单元单元 1 x 0 y 0 44 Z 0 6 R 0 2 x 0 8 y 0 Z 0 15 R 2 3 x 1 6 y 0 Z 0 15 R 0 4 x 2 4 y 0 Z 0 15 R 0 5 x 3 2 y 0 Z 0 15 R 2 6 x 4 y 0 44 Z 0 6 R 0 对称点对称点 最后最后 钢束布置插入点钢束布置插入点 I端端 单元单元 29 假想假想x轴方向轴方向 I J 单元单元 29 绕绕x轴旋转角度轴旋转角度 0 投影投影 开开 偏心偏心y 2 25 z 0m 图图42 定义钢束形状定义钢束形状 依据同样的方法定义其余的钢束形状 关于如何快速定义钢束形状的方法详见MIDAS Civil技术资料 如何快速定 义钢束布置形状 这里列出其他各钢束的坐标点的表格 见附件excel文件 可 以通过excel表格与midas表格的兼容功能通过拷贝 复制钢束坐标来快速定义钢 束形状 下面示意一下由Excel表生成钢束的方法 将钢束的控制坐标在excel中输入 或在cad中导出到excel中 然后复制xy zr部分内容 如下图所示 图图43 钢束形状坐标表格钢束形状坐标表格 用粘贴快捷键Ctrl V将复制的钢束坐标粘贴到钢束布置形状对话框内 得 到如下图所示 图图44 由由Excel表格复制生成钢束布置坐标表格复制生成钢束布置坐标 然后在钢束布置形状对话框中输入分配单元和钢束插入单元信息即可 如 下图所示 图图45 修改钢束布置形状参数修改钢束布置形状参数 其余钢束坐标表格 钢束形状参考表格 xls 其余钢束布置形状以MCT命令格式输入 其余钢束布置形状mct命令参考 其余46根钢束布置形状 mct 在Civil中选择主菜单工具 MCT命令窗口 然后打开编辑好的钢束布置形状M CT文件 得到如图所示文件 运行即可 图图46 修改钢束布置形状参数修改钢束布置形状参数 下面按如下方法确认所输入的钢束的形状下面按如下方法确认所输入的钢束的形状 单元号单元号 关关 视图视图 显示显示 综合综合 钢束形状名称钢束形状名称 钢束形状控制点钢束形状控制点 开开 图图47 确认输入的钢束形确认输入的钢束形状状 输入钢束预应力荷载输入钢束预应力荷载 定义完钢束的形状后 再定义预应力钢束的张拉荷载 预应力钢束张拉荷载 也可以在各施工阶段施加荷载 转换单位体系转换单位体系 将单位体系设置为将单位体系设置为 N 和和 mm 荷载荷载 预应力荷载预应力荷载 钢束预应力荷载钢束预应力荷载 荷载工况名称荷载工况名称 预应力预应力 荷载组名称荷载组名称 悬臂段预应力悬臂段预应力1 钢束钢束 顶板顶板1 1 顶板顶板1 4 顶板顶板1 1 顶板顶板1 4 顶板顶板2 1 顶板顶板2 4 顶板顶板2 1 顶板顶板2 4 已选钢束已选钢束 张拉力张拉力 应力应力 张拉张拉 两端两端 开始点开始点 1395 结束点结束点 1395 注浆注浆 下下 0 图图48 输入输入T构时顶板构时顶板预应力荷载预应力荷载 定义对钢束孔道定义对钢束孔道 注浆的施工阶段注浆的施工阶段 注浆前的应力按实注浆前的应力按实 际截面计算际截面计算 注浆注浆 后按组合成的截面后按组合成的截面 来计算来计算 在注浆中在注浆中 输入了输入了1 1意味着在意味着在 张拉钢束之后的张拉钢束之后的下下 一 个一 个 施 工 阶 段 注施 工 阶 段 注 浆浆 按照同样的方法 注意荷载组的选择输入最大悬臂状态时顶板钢束的预应力 荷载 荷载荷载 预应力荷载预应力荷载 钢束预应力荷载钢束预应力荷载 荷载工况名称荷载工况名称 预应力预应力 荷载组名称荷载组名称 悬臂段预应力悬臂段预应力2 钢束钢束 顶板顶板1 5 顶板顶板1 8 顶板顶板1 5 顶板顶板1 8 顶板顶板2 5 顶板顶板2 8 顶板顶板2 5 顶板顶板2 8 已选钢束已选钢束 张拉力张拉力 应力应力 先张拉先张拉 两端两端 开始点开始点 1395 结束点结束点 1395 注浆注浆 下下 0 图图49 输入输入最大悬臂段顶板最大悬臂段顶板预应力荷载预应力荷载 按照同样的方法 注意荷载组的选择输入边跨满堂施工段底板束的预应力荷 载 荷载荷载 预应力荷载预应力荷载 钢束预应力荷载钢束预应力荷载 荷载工况名称荷载工况名称 预应力预应力 荷载组名称荷载组名称 满堂段预应力满堂段预应力 钢束钢束 底板底板1 1 底板底板1 4 底板底板1 1 底板底板1 4 底板底板2 1 底板底板2 4 底板底板2 1 底板底板2 4 已选钢束已选钢束 张拉力张拉力 应力应力 先张拉先张拉 两端两端 开始点开始点 1395 结束点结束点 1395 注浆注浆 下下 0 图图50 输入底板预应力荷载输入底板预应力荷载 7 定义施工阶段定义施工阶段 本例题的施工阶段如表1所示 表1 各施工阶段的结构组 边界组和荷载组 结构组结构组 边界组边界组 荷载组荷载组 施工阶段名施工阶段名 称称 持续持续 时间时间 激活激活 钝化钝化 激活激活 钝化钝化 激活激活 钝化钝化 01 双悬臂 10天 墩与悬臂 段1 墩底固结 中 跨 临 时 固 定 墩顶连接 自重 悬 臂 段 预 应 力1 02 最大悬臂 10天 悬臂段2 悬 臂 段 预 应 力2 03 满堂施工 边跨 10天 边跨满堂 边 跨 滑 动 支 座 满堂支撑 体系转换 中 跨 临 时 固定 满堂预应力 04 挂梁 5天 挂梁 挂孔 05 收缩徐变 3650天 二期 荷载荷载 施工阶段分析数据施工阶段分析数据 定义施工阶段定义施工阶段 图图51 定义定义施工阶段窗口施工阶段窗口 施工阶段分析模型的阶段是由基本 施工阶段 最后阶段 PostCS 组成的 基本阶段是对单元进行添加或删除 定义材料 截面 荷载和边界条件的阶段 可以说与实际施工阶段分析无关 且上述工作只能在基本阶段进行 施工阶段是进行实际施工阶段分析的阶段 在这里可以更改荷载状况和边界条 件 最后阶段 PostCS 是对除施工阶段荷载以外的其他荷载进行分析的阶段 在该 阶段可以将一般荷载的分析结果和施工阶段分析的结果进行组合 最后阶段可以被 定义为施工阶段中的任一阶段 下面定义施工阶段1 荷载荷载 施工阶段分析数据施工阶段分析数据 定义施工阶段定义施工阶段 名称名称 01 双悬臂双悬臂 持续时间持续时间 10 保存结果保存结果 施工阶段施工阶段 开开 施工步骤施工步骤 关关 单元单元 组列表组列表 墩与悬臂段墩与悬臂段1 激活激活 材龄材龄 5 边界边界 组列表组列表 墩底固结墩底固结 中墩临时固定中墩临时固定 墩顶连接墩顶连接 激活激活 支承条件支承条件 弹性支承位置弹性支承位置 变形前变形前 荷载荷载 组列表组列表 自重自重 悬臂段预应力悬臂段预应力1 激活激活 激活时间激活时间 开始开始 适用适用 图图52 定义施工阶段定义施工阶段1 注 关于支座激活位置有变形前和变形后的选择 变形后 考虑结构发生变形后的位置施加支座为变形后 变形前 不考虑结构已发生的变形在理想状态施加支座 一般支承 弹性支承的位置一般使用于象顶推法桥梁那样 同一支承点的支承位置有 变化时 例如 顶推法的钢导梁前端到达桥墩上的刹那 其前端因自重将发生位移 如果此时看成有支承 则该支承为变形后支承 但实际上 桥墩顶点的位置是不变 的 此时需要将钢导梁前端强行放置在桥墩支座上 此时的支承为变形前支承 使 用顶推法施工阶段建模时 除了铰支点对顺桥向的约束 DX 之外 其余边界条件均 为变形前支承 定义施工阶段定义施工阶段2 CS2 名称名称 02 最大悬臂最大悬臂 持续时间持续时间 10 保存结果保存结果 施工阶段施工阶段 开开 施工步骤施工步骤 关关 单元单元 组列表组列表 悬臂段悬臂段2 激活激活 材龄材龄 5 边界边界 组列表组列表 无无 荷荷载载 组列表组列表 悬臂段预应力悬臂段预应力2 激活激活 激活时间激活时间 开始开始 适用适用 图图53 定义施工阶段定义施工阶段2 下面定义施工阶段3 名称名称 03 边跨满堂施工边跨满堂施工 持续时间持续时间 10 保存结果保存结果 施工阶段施工阶段 开开 施工步骤施工步骤 关关 单元单元 组列表组列表 边跨满堂边跨满堂 激活激活 材龄材龄 5 边界边界 组列表组列表 边跨滑动支座边跨滑动支座 满堂支撑满堂支撑 体系转换体系转换 激活激活 支承条件支承条件 弹性支承位置弹性支承位置 变形前变形前 钝化钝化 中跨临时固定中跨临时固定 荷载荷载 组列表组列表 满堂段预应力满堂段预应力 激活激活 激活时间激活时间 开始开始 适用适用 图图54 定义施工阶段定义施工阶段3 定义第4施工阶段 名称名称 04 挂梁挂梁 持续时间持续时间 5 保存结果保存结果 施工阶段施工阶段 开开 施工步骤施工步骤 关关 单元单元 组列表组列表 挂梁段挂梁段 激活激活 材龄材龄 10 边界边界 组列表组列表 挂孔挂孔 激活激活 支承条件支承条件 弹性支承位置弹性支承位置 变形前变形前 钝化钝化 满堂支撑满堂支撑 荷载荷载 组列表组列表 无无 适用适用 图图55 定义施工阶段定义施工阶段4 名称名称 05 收缩徐变收缩徐变 持续时间持续时间 3650 保存结果保存结果 施工阶段施工阶段 开开 施工步骤施工步骤 关关 单元单元 组列表组列表 无无 边界边界 组列表组列表 无无 荷载荷载 组列表组列表 二期二期 激活时间激活时间 开始开始 确认确认 图图56 定义施工阶段定义施工阶段5 完成建模和定义施工阶段后 在施工阶段分析选项中选择是否考虑材料的时 间依存特性和弹性收缩引起的钢束应力损失 并指定分析徐变时的收敛条件和迭 代次数 分析分析 施工阶段分析控制施工阶段分析控制 最终施工阶段最终施工阶段 最后施工阶段最后施工阶段 分析选项分析选项 考虑时间依存效果考虑时间依存效果 开开 时间依存效果时间依存效果 徐变徐变和收缩和收缩 开开 类型类型 徐变和收缩徐变和收缩 徐变分析时的徐变分析时的收敛控制收敛控制 迭代次数迭代次数 5 收敛误差收敛误差 0 01 自动分割时间自动分割时间 开开 钢束预应力损失钢束预应力损失 徐变和收缩徐变和收缩 开开 考虑钢筋的约束效果考虑钢筋的约束效果 开开 抗压强度的变化抗压强度的变化 开开 钢束预应力损失钢束预应力损失 弹性收缩弹性收缩 开开 图图57 指定施工阶段分析选项指定施工阶段分析选项 选择选择 自动分割自动分割 时间时间 的话的话 程序程序 会对持续一定时间会对持续一定时间 以上的施工阶段以上的施工阶段 在内部自动生成时在内部自动生成时 间步骤来考虑长期间步骤来考虑长期 荷载的效果荷载的效果 最后阶段可指定最后阶段可指定 为任一阶段为任一阶段 通过选通过选 择其它阶段来指定择其它阶段来指定 8 输入移动荷载数据输入移动荷载数据 在施工阶段分析中 对于没有将类型定义为施工阶段荷载的一般静力荷载或 移动荷载的分析结果 可在最后阶段进行查看 本例题将在最后阶段查看对于移 动荷载的分析结果 定义车道定义车道 转换单位体系 将单位体系设置为 KN 和 m 荷载荷载 移动荷载分析数据移动荷载分析数据 移移动荷载规范动荷载规范 china 荷载荷载 移动荷载分析数据移动荷载分析数据 车道车道 添加添加 车道名称车道名称 左车道左车道 车道荷载的分布车道荷载的分布 车道单元车道单元 车辆移动方向车辆移动方向 往返往返 开开 偏心距离偏心距离 1 625 车轮间距车轮间距 0 桥梁跨度桥梁跨度 30 选择选择 两点两点 1 31 鼠标点选节点鼠标点选节点1和和111即可即可 桥梁跨度桥梁跨度 50 50 选择选择 两点两点 31 81 31 81 桥梁跨度桥梁跨度 30 30 选择选择 两点两点 81 111 81 111 跨度始点跨度始点 单元单元1 开开 单元单元31 开开 单元单元81 开开 车道名称车道名称 右车道右车道 车道荷载的车道荷载的分布分布 车道单元车道单元 车辆移动方向车辆移动方向 往返往返 开开 偏心距离偏心距离 1 625 车轮间距车轮间距 0 桥梁跨度桥梁跨度 30 选择选择 两点两点 1 31 桥梁跨度桥梁跨度 50 50 选择选择 两点两点 31 81 31 81 桥梁跨度桥梁跨度 30 30 选择选择 两点两点 81 111 81 111 跨度始点跨度始点 单元单元1 开开 单元单元31 开开 单元单元81 开开 输入数据时也可输入数据时也可 输入数式输入数式 该项为移动荷载该项为移动荷载 加载方向的选项加载方向的选项 图图58 定义车道定义车道 输入车辆荷载输入车辆荷载 输入数据库中的标准车辆荷载CH CD 荷载荷载 移动荷载分析数据移动荷载分析数据 车辆车辆 车辆 添加标准车辆添加标准车辆 标准车辆荷载 规范名称 公路工程技术标准公路工程技术标准 JTG B01 2003 车辆荷载名称 CH CD 图图59 输入车辆荷载输入车辆荷载 标准车辆荷载数标准车辆荷载数 据库中未包含的荷据库中未包含的荷 载可通过用户定义载可通过用户定义 来输入来输入 下面输入移动荷载工况 荷载荷载 移动荷载数据分析移动荷载数据分析 移动荷载工况移动荷载工况 荷载工况荷载工况 移动荷载移动荷载 子荷载工况 车辆组 VL CH CD 可以加载的最少车道数 0 可以加载的最大车道数 2 车道列表 左车道 右车道 选择的车道列表 左车道 右车道 图图60 移动荷载工况的输入窗口移动荷载工况的输入窗口 移动荷载分析控制移动荷载分析控制 分析分析 移动荷载移动荷载分析控制分析控制 加加载位置载位置 影响线加载影响线加载 每个线单元上影响线点数量每个线单元上影响线点数量 3 计算位置计算位置 杆系单元杆系单元 内力内力 最大值最大值 当前其他内力当前其他内力 开开 应力应力 开开 计算选项计算选项 反力反力 位移位移 内力内力 全部全部 开开 汽车荷载等级汽车荷载等级 公路公路 I级级 冲击系数冲击系数 规范类型规范类型 JTG D60 2004 结构基频方法结构基频方法 用户输入用户输入 f Hz 1 2 对于列车和轻轨对于列车和轻轨 也可以选择所有点也可以选择所有点 加载加载 图图61 移动荷载分析选项移动荷载分析选项 主控数据确定主控数据确定 在执行分析前 必须在主菜单分析下定义各项分析所需的分析控制数据 如果截面配有普通钢筋 且在分析过程中需要考虑普通钢筋对换算截面特性的影响以 及普通钢筋在结构验算时的作用 则在分析的主控数据中必须选择 在PSC截面刚度 计算时考虑普通钢筋 否则 无论在计算过程中 程序不考虑普通钢筋对换算截面特 性的作用 对于B类部分预应力混凝土构件必须输入普通钢筋的数据 否则对于 使用 阶段裂缝宽度验算 程序不予执行 图图62 分析主控数据分析主控数据 9 运行结构分析运行结构分析 建模 定义施工阶段 移动荷载数据全部输入结束后 运行结构分析 分析分析 运行分析运行分析 10 查看分析结果查看分析结果 对于MIDAS Civil施工阶段分析的结果 可查看到某一施工阶段为止 所累积的全部构件的应力和位移 也可查看某一单元随施工阶段应力和 位移的变化 利用图形查看应力和构件内力利用图形查看应力和构件内力 利用桥梁内力图桥梁内力图查看施工阶段1 01 双悬臂 截面下缘的应力 转换单位体系 将单位体系设置为 KN 和 m 显示第一个施工阶段 在阶段图标菜单中选择第一阶段 则模型窗口 显示的就是第一施工阶段结构模型 阶段 01 双悬臂 图图63 阶段选择阶段选择 参照联机帮助参照联机帮助 的的 桥梁内力图桥梁内力图 只有在保留了只有在保留了 施工步骤结果时施工步骤结果时 才可以使用阶段才可以使用阶段 步骤时程图表查步骤时程图表查 看结果看结果 结果结果 桥梁桥梁内力图内力图 步骤列表步骤列表 最后最后 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 CS 合计合计 开开 图形类型图形类型 应力应力 x轴刻度轴刻度 距离距离 桥梁单元组桥梁单元组 主梁主梁 组合组合 组合组合 开开 3 y z 容许应力线容许应力线 画容许应力线画容许应力线 开开 抗压抗压 16000KN m2 抗拉抗拉 3200 KN m2 当前阶段当前阶段 步骤步骤 图图64 施工阶段施工阶段1 CS1 中下缘应力曲