midas施工阶段分析.docx

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midas施工阶段分析

本例题使用一个简单的两跨连续梁模型（图1）来重点介绍MIDAS/Civil的施工阶段分析功能、钢束预应力荷载的输入方法以及查看分析结果的方法等。

主要包括分析预应力混凝土结构时定义钢束特性、钢束形状、输入预应力荷载、定义施工阶段等的方法，以及在分析结果中查看徐变和收缩、钢束预应力等引起的结构的应力和内力变化特性的步骤和方法。

图1.分析模型

桥梁概况及一般截面

分析模型为一个两跨连续梁，其钢束的布置如图2所示，分为两个阶段来施工。

桥梁形式：

两跨连续的预应力混凝土梁

桥梁长度：

L=2@30=60.0m

区分

钢束坐标

x（m）

0

12

24

30

36

48

60

钢束1

z（m）

1.5

0.2

2.6

1.8

钢束2

z（m）

2.0

2.8

0.2

1.5

2m

图2.立面图和剖面图

预应力混凝土梁的分析步骤

预应力混凝土梁的分析步骤如下。

1.定义材料和截面

2.建立结构模型

3.输入荷载

恒荷载

钢束特性和形状

钢束预应力荷载

4.定义施工阶段

5.输入移动荷载数据

6.运行结构分析

7.查看结果

使用的材料及其容许应力

❑混凝土

设计强度：

初期抗压强度：

弹性模量：

Ec=3,000Wc1.5√fck+70,000=3.07×105kgf/cm2

容许应力：

容许应力

预应力作用后（瞬间）

预应力损失发生后（最终）

抗拉

抗压

❑预应力钢束（KSD7002SWPC7B-Φ15.2mm（0.6˝strand）

屈服强度：

→

抗拉强度：

→

截面面积：

弹性模量：

张拉力：

fpi=0.7fpu=133kgf/mm2

锚固装置滑动：

磨擦系数：

容许应力

张拉时的最大应力

锚固瞬间（）

应力损失后使用状态

荷载

❑恒荷载

自重

在程序中按自重输入

❑预应力

钢束（φ15.2mm×31（φ0.6˝-31））

截面面积:

Au=1.387×31=42.997cm2

孔道直径:

133mm

张拉力:

抗拉强度的70%

fpj=0.7fpu=13,300kgf/cm2

Pi=Au×fpj=405.8tonf

张拉后的瞬间损失（程序自动计算）

摩擦损失:

锚固装置滑动引起的损失:

弹性收缩引起的损失:

损失量

最终损失（程序自动计算）

钢束的松弛（Relaxation）

徐变和收缩引起的损失

❑徐变和收缩

条件

水泥:

普通硅酸盐水泥

长期荷载作用时混凝土的材龄:

5天

混凝土与大气接触时的材龄:

3天

相对湿度:

大气或养护温度:

适用规范:

CEB-FIP

徐变系数:

程序计算

混凝土收缩变形率:

程序计算

❑活荷载

适用规范：

城市桥梁设计荷载规范

荷载种类：

C-AL

C-AD（20）

设置操作环境

打开新文件（新项目），以‘PSCbeam’为名保存（保存）。

将单位体系设置为‘tonf’和‘m’。

该单位体系可根据输入数据的种类任意转换。

File/NewProject

File/Save（PSCbeam）

单位体系还可以通过点击画面下端状态条的单位选择键（）来进行转换。

Tools/UnitSystem

Length>m;Force>tonf

图3.设置单位体系

定义材料和截面

下面定义PSCbeam所使用的混凝土和钢束的材料特性。

Model/Properties/Material

同时定义多种材料特性时，使用键可以连续输入。

Type>Concrete;Standard>KS-civil（RC）

DB>C400

Name（Tendon）;Type>UserDefined;Standard>None

AnalysisData

ModulusofElasticity（2.1e7）

图4.定义材料对话框

定义截面

PSCbeam的截面使用比较简单的矩形截面来定义。

Model/Properties/Section

DB/User>SectionID

（1）;Name（Beam）

SectionType>SolidRectangle>User

H（3）;B

（2）

Offset>Center-Bottom

图5.定义截面的对话框

定义材料的时间依存性并连接

为了考虑徐变、收缩以及抗压强度的变化，下面定义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。

Ø28天强度:

fck=400kgf/cm2

Ø相对湿度:

RH=70%

Ø理论厚度:

1.2m（2Ac/u=2x6/10=1.2）

Ø混凝土种类:

普通水泥（N.R）

Ø拆模时间:

3天

Model/Property/TimeDependentMaterial（Creep&Shrinkage）

Name（Creep/Shrinkage）;Code>CEB-FIP

Compressivestrengthofconcreteattheageof28days（4000）

Relativehumidityofambientenvironment（40~99）（70）

截面形状比较复杂时，可使用模型>材料和街面特性值>修改单元材料时间依存特性的功能来输入h值。

Notationalsizeofmember（1.2）

Typeofcement>Normalorrapidhardeningcements（N,R）

Ageofconcreteatthebeginningofshrinkage（3）

图6.定义材料的徐变和收缩特性

混凝土浇筑后随时间变化而逐渐硬化，时间越长其强度越大。

本例题根据CEB-FIP所规定的混凝土强度发展函数考虑了混凝土的这一特性。

Model/Property/TimeDependentMaterial（Comp.Strength）

Name（Comp.Strength）;Type>Code

DevelopmentofStrength>Code>CEB-FIP

ConcreteCompressiveStrengthat28Days（S28）（4000）

CementType（a）（N,R:

0.25）

图7.定义随时间变化的混凝土强度发展函数

参照图8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。

Model/Property/TimeDependentMaterialLink

TimeDependentMaterialType>Creep/Shrinkage>Creep/Shrinkage

Comp.Strength>Comp.Strength

SelectMaterialforAssign>Materials>

1:

C400SelectedMaterials

图8.连接时间依存材料特性

建立结构模型

利用建立节点和扩展单元的功能来建立单元。

PointGrid（off）;PointGridSnap（off）;LineGridSnap（off）

FrontView;AutoFitting

Model>Nodes>CreateNodes

Coordinates（0,0,0）

Model>Elements>ExtrudeElements

SelectAll

ExtrudeType>NodeLineElement.

ElementType>Beam;Material>1:

C400;Section>1:

Beam

GeneralType>Translate

Translation>EqualDistance>dx,dy,dz>（2,0,0）

NumberofTimes>（30）

图9.建立几何模型

定义结构组、边界条件组和荷载组

为了进行施工阶段分析，将在各施工阶段（constructionstage）所要激活和钝化的单元和边界条件定义为组，并利用组来定义施工阶段。

C

Group>StructureGroup>New…

DefineStructureGroup>Name（S-G）;Suffix（1to2）

为了利用桥梁内力图功能查看分析结果而将其定义为组。

DefineStructureGroup>Name（All）

ElementNumber（on）

SelectWindow（Elements:

1to18）

Group>StructureGroup>S_G1（Drag&Drop）

SelectWindow（Elements:

19to30）

Group>StructureGroup>S_G2（Drag&Drop）

SelectAll

Group>StructureGroup>All（Drag&Drop）

Drag&Drop

S-G2

S-G1

图10.定义结构组（StructureGroup）

新建边界组

边界组名称的建立方法如下。

C

Group>BoundaryGroup>New…

DefineBoundaryGroup>Name（B-G）;Suffix（1to2）

图11.建立边界组（BoundaryGroup）

新建荷载组

恒荷载组和预应力荷载组名称的新建方法如下。

C

Group>LoadGroup>New…

DefineLoadGroup>Name（Selfweight）

DefineLoadGroup>Name（Tendon）;Suffix（1to2）

图12.建立荷载组（LoadGroup）

输入边界条件

边界条件的输入方法如下。

ElementNumber（off）;NodeNumber（on）

Model/Boundary/Supports

SelectSingle（Nodes:

1）

BoundaryGroupName>B-G1

Options>Add

SupportType>Dy,Dz,Rx（on）

SelectSingle（Nodes:

16）

BoundaryGroupName>B-G1

Options>Add

SupportType>Dx,Dy,Dz,Rx（on）

SelectSingle（Nodes:

31）

Bo