《midas连续梁桥设计专题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《midas连续梁桥设计专题（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、连续梁桥设计专题midas Civil 培训专题集Bridging Your Innovation to Realitymidas Civil 培训专题集连续梁桥设计专题Midas 建模专题钱江2011/5/18midas Civil 2010 培训例题集连续梁桥设计专题目 录1 桥梁概况- 1 -1.1 主要设计指标- 1 -1.2 相关计算参数- 1 -1.3 相关设计依据- 1 -1.4 一般构造及钢束布置- 1 -1.4.1 一般构造- 1 -1.4.2 钢束布置- 2 -1.5 施工过程- 4 -2 建模分析- 5 -2.1 模型概述- 5 -2.2 建模要点- 5 -2.2.1 定
2、义材料与截面- 5 -2.2.2 定义节点、单元及边界条件- 7 -2.2.3 定义时间依存材料特性- 7 -2.2.4 定义静力荷载工况- 8 -2.2.5 定义预应力荷载- 9 -2.2.6 定义移动荷载- 10 -2.2.7 定义支座沉降- 11 -2.2.8 定义施工阶段- 12 -2.2.9 定义结构质量- 12 -2.2.10 定义梁的有效宽度- 12 -2.3 分析控制定义- 13 -2.3.1 定义施工阶段分析控制- 13 -2.3.2 定义移动荷载分析控制- 13 -2.3.3 定义特征值分析控制- 14 -2.3.4 定义主控数据- 14 -3 结合规范进行设计- 14 -
3、3.1 定义荷载组合- 14 -3.2 定义PSC设计- 15 -3.2.1 定义PSC设计参数- 15 -3.2.2 定义PSC设计材料- 15 -3.2.3 定义PSC设计截面位置- 15 -3.2.4 定义PSC设计计算书输出内容- 15 -3.3 PSC设计结果- 16 -3.3.1 正截面抗弯强度验算- 16 -3.3.2 斜截面抗剪强度验算- 16 -3.3.3 抗扭强度验算- 16 -3.3.4 正截面抗裂验算- 17 -3.3.5 斜截面抗裂验算- 17 -3.3.6 施工阶段应力验算- 17 -3.3.7 受拉区预应力钢筋拉应力验算- 18 -3.3.8 正截面压应力验算-
4、18 -3.3.9 斜截面压应力验算- 18 - 22 -1 桥梁概况1.1 主要设计指标该桥是某一级公路上一座（25m+35m+25m）预应力混凝土等截面连续梁桥，横桥向宽度为12.5m，下部结构采用双柱框架墩，承台接钻孔灌注桩基础。 1）桥梁设计基准期100年；2）结构设计安全等级一级，A类构件；3）横向布置：双幅桥，双向4车道；4）桥梁全宽：0.5m（外侧护栏）+11.5m（行车道）+0.5m（内侧护栏）+0.4m（中央分隔带）+0.5m（内侧护栏）+11.5m（行车道）+0.5m（外侧护栏）；5）设计洪水频率：1/300，设计流量：7150m3/s；6）设计恒载：钢结构容重78.5KN
5、/m3，钢筋混凝土容重26KN/m3，混凝土铺装和沥青混凝土铺装容重24KN/m3；7）可变荷载：汽车荷载：公路级车道荷载的均布荷载标准值kN/m；车道荷载集中荷载标准值，KN，车道荷载计算剪力效应时，考虑1.2的系数，KN；汽车冲击力：按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）规定取值。1.2 相关计算参数该桥采用后张法预应力施工，结构验算考虑了施工和使用阶段中预应力损失以及预应力、温度、混凝土收缩徐变等引起的次内力对结构的影响。相关计算参数如下所示：1）二期恒载：桥面铺装：0.111.524=27.6 KN/m；防撞护栏：0.32526=8.5KN/m；波形护栏：0.25326=6
6、.6 KN/m；横梁实心：4.41026=114.66 KN/m；2）预应力管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：；3）对于预应力钢筋与管道壁的摩擦系数： ；4）钢筋松弛系数，级（低松弛），；5）锚具变形和接缝压缩值：（单端）；6）混凝土收缩龄期3天，加载龄期7天；7）考虑支座不均匀沉降：边跨6.25mm，中跨8.75mm；8）箱梁的有效宽度按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004第4.2.3条计算；9）竖向日照温差：，竖向日照反温差为正温差乘以-0.5；10）年最高气温：34； 年最低气温：-23；施工温度为10。整体升温温差：24；整体降温温差：-33；1.3 相关
7、设计依据1）公路工程技术标准（JTG B01-2003）；2）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；4）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；1.4 一般构造及钢束布置1.4.1 一般构造结构采用C50混凝土、桥面混凝土铺装采用C50防水混凝土。其轴心抗压强度设计值为Mpa，轴心抗拉强度设计值为 Mpa，弹性模量为Mpa。 桥梁结构的总体布置如图1-1和图1-2所示：图1-1 边跨25m构造图图1-2 中跨35m构造图 1.4.2 钢束布置预应力钢绞线采用高强度低松弛钢绞线，其标准强度为Mp
8、a，张拉控制应力采用1395 Mpa，弹性模量为Mpa。钢绞线孔道采用预埋桥梁用塑料波纹管，波纹管外径D=77mm。预应力筋与管道壁摩擦系数，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，预应力钢绞线松驰系数0.3。普通钢筋采用R235、HRB335级。R235抗拉、抗压强度设计值、均为195Mpa，弹性模量为Mpa。HRB335抗拉、抗压强度设计值、均为285Mpa，弹性模量为Mpa。结构断面布置及预应力钢束布置如图1-3、1-4和1-5所示：图1-3 边跨25m钢束布置示意图图1-4 中跨35m钢束布置示意图图1-5 各断面钢束布置示意图1.5 施工过程 结构采用满堂支架施工，具体如图1-6所示。图1
9、-6 结构施工流程示意图2 建模分析2.1 模型概述本章以杆系理论为基础进行全桥整体结构分析，构件类型为A类预应力构件。其设计安全等级为一级，构件制作方法为现浇。采用梁单元建立模型。其中梁单元共计80个，节点97个，结构离散图见图2-1。图2-1 全桥结构离散图 结构的边界条件如图2-2所示，在实际支座位置建立节点，而后将主梁节点与支座顶节点用“刚性连接”进行连接，而后将支座节点往下复制20cm，两者之间用弹性连接模拟支座，最后在支座底节点用固定支撑进行约束。图2-2 结构边界条件示意图全桥采用整体支架现浇，先在支架上浇筑混凝土，养护至规定强度后张拉预应力钢筋，最后进行桥面施工，具体施工阶段划
10、分见表2-1。表2-1 施工阶段划分NO.周期(d)说明130浇筑中跨混凝土，张拉钢束；230浇筑边跨混凝土，张拉钢束；330桥面铺装施工，拆除支架；43650十年收缩徐变；2.2 建模要点2.2.1 定义材料与截面在“模型材料和截面特性材料”中，定义 “C50”的混凝土材料、预应力钢束材料，如图2-3所示。在“模型材料和截面特性截面”中，分别定义结构跨中截面与支点截面，如图2-4所示。图2-3 结构材料定义示意图图2-4 截面定义示意图注：若要结合规范进行PSC设计，在定义截面的时候，需要选择“设计截面”中进行定义，同时对于截面中的“剪切验算位置”及“验算用腹板厚度”需要定义，否则会提示“P
11、SC设计数据失败”。 对于跨中截面及支点截面具体参数如图2-5所示，最后再定义“支点-跨中”及“跨中-支点”的变截面，具体如图2-6所示。图2-5 跨中及支点截面示意图图2-6 支点-跨中变截面示意图2.2.2 定义节点、单元及边界条件在程序中可以用交互输入的方式定义节点与单元，也可以利用与Excel数据交换的功能，建立模型，在此推荐用后面的方式，能大幅提高建模及分析的效率。将Excel表格中的节点坐标（表2-2所示）数据复制后，粘贴在“树形菜单表格节点”中，生成相应节点 如图2-7所示。表2-2 Excel中节点坐标表注：导入数据的时候，需要保证两者的单位统一，否则导入后计算出错。同时对于从
12、CAD中导入平面线型，打开消隐，在midas Civil中显示是x-y平面上，若要将其调整至是x-z平面上，可以将“节点表格”的数据，拷入Excel中，而后对y和z的坐标进行互换，而后将修正后的坐标重新粘贴至“节点表格”中即可。同时还可以利用表格的功能，进行荷载、边界条件定义，非常方便。图2-7 模型中节点坐标连接节点1和节点81，建立单元，并交叉分割，生成全桥单元，并赋予相应的截面，最后根据支座的位置，建立支座的空间节点，定义相应的边界条件，见图2-8所示。图2-8 定义节点单元及边界 注：在端横梁和中横梁处，建议不用实心截面进行模拟，用旁边的空心截面进行模拟，同时实心部分用等效荷载的方式代
13、替；若用实心截面代替，则此处的中性轴有较大的突变，对于计算结果读取反而有影响，具体说明可以参考公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）中第4.2.6条的规定。2.2.3 定义时间依存材料特性在“模型材料和截面特性时间依存材料（徐变/收缩）”中，定义C50混凝土收缩徐变特性，具体如图2-9所示。图2-9 定义混凝土收缩徐变特性注：定义收缩徐变时，需要注意标号强度不要输错，对于C50混凝土的定义，许多工程师经常输入5000KN/m2，导致后续计算中出现奇异或警告等信息；同时由于单元的构件理论厚度都不一样，因此在此先输入一个非0值，最后利用“修改单元时间依存材料特性”的功
14、能，重新计算构件理论厚度，如图2-10所示。图2-10 修改单元的构件理论厚度2.2.4 定义静力荷载工况在“荷载静力荷载工况”中，定义荷载工况类型，如图2-11所示。“施工阶段荷载（CS）”仅在施工阶段分析时起作用，在成桥阶段不起作用。为了避免在进行自动荷载组合时，发生相同荷载重复作用，建议在施工阶段作用的荷载，其荷载类型最好定义为“施工阶段荷载（CS）”。图2-11 定义静力荷载工况而后分别定义自重，二期，横梁自重等，温度等荷载工况，具体数值详见模型“连续梁桥设计”。注：在模型中，在定义整体升降温和梁截面温度时，为了防止出现错误，建议初始温度选择0。对于midas Civil中，混凝土重量为25KN/m3，若要将其改成26KN/m3，可以在自重工况考虑-1.04的系数，如图2-12所示。图2-12 定义自重工况2.2.5 定义预应力荷载在“荷载预应力荷载钢束特征值”中，定义钢束特征值，如图2-13所示。图2-13 定义钢束特征值注：定义钢束特征值时，对于导管直径不要输错，有很多工程师，把导管直径定义为0.9m，导致计算中出现歧义，容易对计算者产生误导，检查边界条件，而不会注意到钢束特征值的问题。在“荷载预应力荷载钢束布置形状”中，先定义中跨的中腹板钢束，依据钢束线型，选用“直线”，输入坐标数据；而后再将生成好的钢
