某连续梁桥模型建立和分析

某连续梁桥模型建立和分析,土木工程学院桥梁教研室2012年3月20日,随着计算机的普及，结构电算已然成桥梁结构设计领域一个不可缺少的有效分析工具。以一个多跨连续梁桥为例，重点介绍大型通用桥梁计算分析软件MIDASCIVIL的基本功能、操作以及一些注意事项。,主要内容,1.软件基本功能及应用领域,2.桥梁算例介绍,3.结构建模,4.施工阶段分析,5.移动荷载分析,6.查看计算结果,7.PSC设计,1.软件基本功能及应用领域,1.软件基本功能及应用领域,移动荷载分析,特征值分析,屈曲分析,反应谱分析,时程分析,静力分析,动力分析,稳定分析,（一）基本功能,暂不介绍,1.软件基本功能及应用领域,（二）应用领域,拱桥,斜拉桥,悬索桥,连续梁桥,2.桥梁算例介绍,三跨连续梁，主梁为变截面的箱梁桥。全长为130m，跨径布置见下图。,2.桥梁算例介绍,35m,60m,35m,主桥总体布置图,总体布置：,支点截面,跨中截面,2.桥梁算例介绍,主梁截面：,全桥箱梁顶宽为11.50m，底宽为6.5m，悬臂梁长度为2.5m。,节段划分图,0号块(12m),12号块,36号块,边跨现浇（4m）,12号块,36号块,4.5m,7m,16m,边跨合龙（2m）,7m,16m,中跨合龙（2m）,2.桥梁算例介绍,施工方法：悬臂浇筑施工节段划分：依据挂篮的最大承载力和纵向顶板预应力钢束布置的合理性来确定。主梁悬臂施工时挂篮重量为600kN，改装挂篮进行边中跨合龙挂篮重量为1000kN。,4.5m,3m(底板不变化),主梁变化图,梁高为3.5m,跨高比为1/17.1。顶板厚度为28cm，底板厚度为60cm，腹板厚度为80cm。设置100cm厚的横隔板。,梁高为2m，跨高比为1/30。顶板厚度为28cm，底板厚度为26cm，腹板厚度为55cm。设置100cm厚的横隔板。,顶板厚度全桥均为28cm,纵向变高度线性变化,2.桥梁算例介绍,二次抛物线,2.桥梁算例介绍,下部结构施工,2.桥梁算例介绍,主梁0号块墩旁托架现浇施工，张拉预应力筋,边跨满堂支架现浇施工,改装挂篮，边跨进行合龙,体系转换并进行中跨和龙，二期恒载的铺设,安装挂篮，依次悬臂浇筑16号块，并张拉预应力筋,施工方法：,3.结构建模,定义过程，在模型-材料和截面特性-材料-添加模型中添加所需要的材料。C50混凝土主桥箱梁钢筋预应力钢绞线Strand1860材料定义完后，需要定义时间依存材料（徐变和收缩），中国规范中一般不考虑抗压强度的影响，然后进行时间依存性材料的连接。,3.结构建模,（一）材料定义,定义过程，在模型-材料和截面特性-截面-添加-设计截面中添加所需要的截面。因为本算例中进行PSC设计，所以添加截面时选择变截面进行设计。箱梁截面有0-0,0-0,1-1,2-2,3-3,4-4,5-5,6-6,7-7,8-8,共10个截面。设定变截面,0-0,0-1,1-2,2-3,3-4,4-5,5-6,6-7,7-8和8-7,7-6,6-5,5-4,4-3,3-2,2-1,1-0,0-0。（方法：在变截面中导入起末两端的箱形截面）注：在模型建立中，一般选择偏心为中上进行建模，以箱梁顶面作为基准面。,3.结构建模,（二）截面定义,选择先建立起始节点，进行全桥的模型建立。其中模型包括：69个节点，52个单元。0号块分为8个单元，每个悬臂施工节段为1个单元，边跨满堂支架现浇段分为4个单元，中跨和边跨合拢段各为1个单元。,3.模型建立,3.结构建模,（三）节点和单元划分,1.0号块长度为12m，节点号为1220，34422.12号块长度为3.5m，节点号1012，2021，3334，42443.46号块长度为4m，节点号为510，2126，2833，44484.边跨支架现浇段长度为4m，节点号为15，49535.边跨合拢段长度为2m，节点号为56，48496.中跨合拢段长度为2m，节点号为2628,3.结构建模,0号块立面图,中间两单元为支点横隔板,1-1截面,此处为0-0截面，0-0截面到0-0截面底、顶、腹板厚度有变化,二次抛物线变化,0-0截面,0-0截面到1-1截面变换段，算例模型中分为两个单元，底部曲线按1.2次抛物线变化，纵向按线性变化,12m,4.5m,3m,4.5m,1.8m,变截面组的添加：,在扩展单元完成后，每个单元都会呈现变截面的形式，此时需添加变截面组，使全桥呈现出流畅的线形。在模型-材料和截面特性-变截面组中添加变截面，根据具体桥竖向和横向变化规律来对变截面组进行设定。在本算例中，在Z轴方向按2次抛物线变化，在Y轴方向按线性变化。,3.结构建模,变截面功能对话框,变截面组添加前,变截面组添加前,全桥节点划分,全桥节点划分,3.结构建模,全桥单元划分,3.结构建模,边跨节点划分,中跨节点划分,3.结构建模,边跨单元划分,中跨单元划分,3.结构建模,（四）组的定义,结构组：,3.结构建模,荷载组：,3.结构建模,边界组：,连续梁桥在主梁与桥墩处的连接是采用支座连接，但是在梁段悬臂浇筑过程中，主梁支点和桥墩将采用临时固结，这样也有助于抵抗悬臂施工时较大的负弯矩。,边界设计中应该注意的问题：,3.结构建模,0号块墩顶临时固结,在边跨现浇施工时，边跨现浇段的支座布置如下，梁段的上部设置一个单向水平支座，限制现浇时梁段的水平位移。,3.结构建模,满堂支架现浇施工临时固结,梁段纵向约束,梁底固结,在一次进行梁段悬臂施工时至边跨合拢时，这时将边跨现浇段的水平支座拆除。,边跨合拢施工边界模拟,3.结构建模,拆除梁段纵向约束,3.结构建模,连续梁桥与连续刚构桥的最大区别在于连续刚构桥的主梁和桥墩之间是固结的，而连续梁桥的主梁和桥墩之间有支座，之前的临时固结只是为了施工的方便，在边跨合拢并张拉预应力束后，需要进行体系转换，将临时固结变为支座的连接。此时，边跨的连接也要变化为成桥后的支座形式。,此时变为边跨永久支座,此时变为墩顶永久支座,本桥的设计中采用三向预应力结构，包括纵向预应力筋、横向预应力筋以及竖向预应力筋。模型建立中只涉及到了纵向预应力钢束。纵向预应力钢束分为7-15.2、12-15.2、15-15.2三类，总共134根钢束，具体如下(预应力钢筋配置的原则是预应力向上的分力与施工阶段的重力基本相等)：1.顶板直线钢筋（56根12-15.2）2.腹板下弯钢筋（40根7-15.2）3.中跨合拢顶板钢筋（4根12-15.2）4.中跨合拢底板钢筋（10根15-15.2）5.边跨合拢顶板钢筋（8根12-15.2）6.边跨合拢底板钢筋（16根15-15.2）,3.结构建模,（五）预应力钢筋,3.结构建模,底面预应力钢筋布置,顶面预应力钢筋布置,纵向预应力钢筋布置,Midas主程序中，在荷载-预应力荷载-钢束特性值中添加所需要的钢束类型。编辑完钢束特性后，仍在荷载-预应力荷载-钢束布置形状中按照图纸来布置钢筋。该算例中，主桥纵向预应力筋布置图如下。,3.结构建模,在钢筋的输入时，在预应力筋的端部要对预应力钢筋设定曲线半径，具体的规定参考公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范以及结构设计原理。结合锚具的规定，来设计桥梁的纵向预应力钢筋。对于腹板预应力筋要进行下弯，预应力筋进行下弯的原因：预应力筋的下弯可以利用预应力产生的竖向分力来抵抗梁段的重量。预应力筋的下弯可以将集中的预应力分散，便于预应力钢筋的锚固和张拉。,3.结构建模,4.施工阶段分析,4.施工阶段定义,4.施工阶段定义,完成建模和定义施工阶段后，要对施工阶段控制数据进行设定。,4.施工阶段定义,全桥基本模型建立好以后，这时开始添加荷载。在荷载-静力荷载工况中添加荷载工况，添加荷载工况如下：自重（程序中是按照容重25设定的，所以容重为26的需要乘以系数1.04）二期恒载（主桥每延米二期恒载铺装为49kN/m)整体升温（结构体系整体升温为+28.56）整体降温（结构体系整体降温为-26.42）日照升温（按照规范中5.5-14的温度梯度规定来进行荷载的添加）日照降温（按照规范中5.5-14的温度梯度规定来进行荷载的添加）,4.施工阶段定义,荷载工况（11个）：,汽车制动力根据公路桥涵设计通用规范中4.3.6规定进行汽车制动力的计算和添加，制动力的着力点在桥面以上1.2m。横隔板分为梁端横隔板和支点横隔板，梁端横隔板重量为114.5kN，支点横隔板为432.4kN。预应力该设计中采用后张法进行预应力的张拉，模型建立中只需考虑纵向钢筋，共计134根纵桥向钢筋。挂篮每个梁段悬臂浇筑施工时挂篮重量为600kN，合拢时的挂篮重量为1000kN。压重在进行边中跨合拢时，需要进行压重，随着混凝土的浇筑，压重不断卸去，防止重量的突然加入对结构产生不利的影响，选择合拢端的一半重量为压重，根据计算，压重的重量为193.2kN。,4.施工阶段定义,静力荷载工况定义,4.施工阶段定义,5.移动荷载分析,该桥设计计算荷载为，道路等级为一级公路，双向四车道。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。在荷载-移动荷载分析数据-移动荷载规范中选择中国规范。在荷载-移动荷载分析数据-车道中进行车道的添加。在荷载-移动荷载分析数据-车辆中添加标准车辆。在荷载-移动荷载分析数据-移动荷载工况中添加移动荷载工况。在分析-移动荷载分析控制中选择影响线加载，并结合设计情况和需要选择。,5.移动荷载分析,全桥模型,6.查看计算结果,当建模、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。结果分析中可以查询：利用桥梁内力图可以直接查看各施工阶段的应力和每个施工阶段的最大以及最小应力。对于未定义成为施工阶段荷载的其他荷载，并在最后施工阶段进行结构分析，并对其结果进行组合。再与移动荷载的分析结果进行组合，来查看荷载组合下的内力。对于荷载组合重新生成一般有两种：一种是一般自动荷载组合，另一种是混凝土的自动荷载组合。,6.查看计算结果,一般荷载自动组合,荷载组合的定义和删除只能在基本阶段和最后阶段进行，故需将阶段转换为最后阶段。,6.查看计算结果,混凝土设计荷载自动组合,荷载组合的定义和删除只能在基本阶段和最后阶段进行，故需将阶段转换为最后阶段。,6.查看计算结果,7.PSC设计,对于PSC截面，在结构运算结束后可以通过PSC设计功能来进行设计。PSC设计参数确定,7.PSC设计,定义PSC设计材料,7.PSC设计,定义PSC设计截面位置选择添加替换开，并将弯矩和剪力在各单元的I&J端打开。进行PSC设计中的梁的设计,7.PSC设计,施工阶段正截面法向压应力验算（JTGD62-20047.2.7）受拉区钢筋的拉应力验算（JTGD62