Midas计算实例.docx

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Midas计算实例

湘桂铁路湘江桥分析与设计

中南大学

2010年1月

1.

概要

本桥为80+2*112+2*81+41六跨混凝土预应力连续梁桥。

图1.分析模型

桥梁概况及一般截面

桥梁形式：

六跨混凝土悬臂梁

桥梁长度：

L=80+112+112+80+80+41m

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1000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

梁桥分析与设计的一般步骤

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

1.恒荷载

2.钢束特性和形状

3.钢束预应力荷载

5.定义施工阶段

6.输入移动荷载数据

1.选择移动荷载规范

2.定义车道

3.定义车辆

4.移动荷载工况

7.运行结构分析

8.查看分析结果

使用的材料

❑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

采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860

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

钢束（φ15.2mm×31）

截面面积:

Au=4340mm2

孔道直径:

130mm

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

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:

5天

混凝土与大气接触时的材龄:

3天

相对湿度:

构件理论厚度:

程序计算

适用规范:

中国规范（JTGD62-2004）

徐变系数:

程序计算

混凝土收缩变形率:

程序计算

2.设置操作环境

打开新文件（

新项目），以‘湘江桥’为名保存（

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。

图2.设置单位体系

3.定义材料和截面

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。

类型>混凝土;规范>JTG04（RC）

数据库>C50名称〉主梁

名称（Strand1860）;类型>钢材;规范>JTG04（S）

数据库>Strand1860

图5.定义材料对话框

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。

）

图4.定义跨中位置处截面

图5.定义支座位置处截面

根据已定义的等截面定义变截面

图6.变截面“跨中-支座”定义对话框

图7.变截面“支座-跨中”定义对话框

最终全桥截面数据如下图所示——

图8.截面列表

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。

图9.定义主梁的徐变和收缩特性

图10.连接时间依存材料特性

4.建立结构模型

图11.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。

图12.定义变截面组后结构显示形状

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——

图13.修改单元理论厚度

定义结构组、边界组和荷载组

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、边界条件、荷载定义为组，并利用组来定义施工阶段。

图14.结构组列表图15.边界组列表

图16.荷载组列表

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。

主梁与支座节点的连接关系，使用刚性弹簧来连接。

图17.边跨满堂施工梁段临时支撑约束表格

图18.释放梁端约束模拟挂孔铰接

5.非预应力钢筋输入

非预应力钢筋可以使用截面钢筋来输入

图19.截面钢筋输入

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

图20.复制截面钢筋

6.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。

图21.定义静力荷载工况名称

输入恒荷载

图22.输入自重荷载

使用梁单元荷载功能输入铺装荷载。

图23.根据单元属性选择单元

输入钢束特性值

荷载/预应力荷载/钢束特性值

预应力钢束的名称（钢束）;预应力钢束的类型>内部（后张）

材料>3:

Strand1860

钢束总面积（0.00434）

或者

钢铰线公称直径>15.2mm（1x7）

钢铰线股数（31）

导管直径（0.13）;

钢束松弛系数（开）：

JTG040.3

超张拉（开）

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-003（1/m）

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:

开始点:

0.006m

结束点:

0.006m

粘结类型>粘结

图24输入钢束特性值

首先输入左墩顶顶板束的形状。

图25.定义钢束形状

图26.修改钢束布置形状参数

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，将单位体系设置为‘N’和‘mm’。

荷载/预应力荷载/钢束预应力荷载

荷载工况名称>预应力;荷载组名称>悬臂段预应力1

钢束>顶板1-1~顶板1-4，顶板1-1’~顶板1-4’,

顶板2-1~顶板2-4，顶板2-1’~顶板2-4’

已选钢束

张拉力>应力;张拉>两端

开始点（1395）;结束点（1395）

注浆:

下（0）

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。

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。

7.定义施工阶段

荷载/施工阶段分析数据/

定义施工阶段

图27.定义施工阶段窗口

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。

图28.定义施工阶段1

分析/施工阶段分析控制

最终施工阶段>最后施工阶段

分析选项>考虑时间依存效果（开）

时间依存效果

徐变和收缩（开）;类型>徐变和收缩

徐变分析时的收敛控制

迭代次数（5）;收敛误差（0.01）

自动分割时间（开）

钢束预应力损失（徐变和收缩）（开）

考虑钢筋的约束效果（开）

抗压强度的变化（开）

钢束预应力损失（弹性收缩）（开）

图29.指定施工阶段分析选项

8.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。

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。

图31.分析主控数据

9.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/

运行分析

10.查看分析结果

图32.施工阶段1（CS1）中下缘应力曲线

利用桥梁内力图查看在各施工阶段所发生的最大、最小应力。

下面查看由施工阶段恒载引起的弯矩。

图33.CS4施工阶段恒载内力曲线

图34.移动荷载内力图查看

利用荷载组合查看应力

图35.施工阶段主应力图

在最后施工阶段查看施工阶段分析结果和移动荷载分析结果叠加起来的应力图形。

阶段>PostCS

图36.施工阶段应力包络图

图37.应力结果表格查看

查看钢束的分析结果

结果/预应力钢束预应力损失变化图表>顶板1-5

图38.预应力钢束预应力损失图表

图39.全桥预拱度控制图

重要说明：

Midas程序计算的预拱度和设计提供的预拱度规律基本一致，数值方面稍微有一定的差别。

在使用的时候，需要根据实际施工情况和施工步骤作出一些调整。