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1、 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 1 PSC 变截面箱梁施工阶段及变截面箱梁施工阶段及 PSC 设计例题设计例题 北京迈达斯技术有限公司 2007 年 3 月 19 日 一、结构描述.2 二、结构建模.4 三、分步骤说明.4 1、定义材料和截面特性.4 2、建立上部梁单元并赋予单元截面属性.7 3、定义结构组并赋予结构组单元信息.11 4、定义边界组并定义边界条件.12 5、定义荷载工况和荷载组.13 6、定义施工阶段.14 7、分阶段定义荷载信息.14 8、分析及后处理查看.20 9、按照 JTG D62 规范的要求对结构进行 PSC 设计.20 北京迈达
2、斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 2 PSC 变截面箱梁施工阶段及变截面箱梁施工阶段及 PSC 设计例题设计例题 对于常规的 PSC 连续梁桥我们通常可以参考建模助手建立的模型，对于特殊的桥型或 有特殊要求的结构我们需要按照一般方法建立有限元模型， 施加边界和荷载进行分析。 这个 例题主要说如何使用一般方法建立 PSC 连续梁桥并定义施工阶段进行施工阶段分析和按照 JTG D62 规范对结构进行设计验算。 一、结构描述 这是一座 50+60+50 的三跨预应力混凝土连续箱梁桥，这里仅模拟其上部结构。施工方 法采用悬臂浇注，跨中截面和端部截面如图 1 所示。 图 1-1
3、 跨中截面示意 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 3 图 1-2 支座截面示意 桥梁立面图如图 2 所示。 图 2 连续梁立面图 图 3 钢束布置形状 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 4 二、结构建模 对于施工阶段分析模型，通常采用的建模方法是： 1、定义材料和截面特性（包括混凝土收缩徐变函数定义） ； 2、建立上部梁单元并赋予单元截面属性； 3、定义结构组并赋予结构组信息； 4、建立边界组并定义边界条件； 5、定义荷载工况和荷载组； 6、定义施工阶段； 7、分阶段定义荷载信息（分施工阶段荷载和成桥荷载两部分） ； 8、分析
4、，分析完成后定义荷载组合进行后处理结果查看； 9、定义设计验算参数按照 JTG D62 对结构进行长短期及承载能力验算。 下面就每个步骤分别详述如下 三、分步骤说明 1、定义材料和截面特性、定义材料和截面特性 本模型中涉及的材料包括混凝土主梁（C40） 、预应力钢绞线（Strand1860） 。如下图 4 所示。 图 4 材料列表 通常对于预应力混凝土结构（PSC 结构）按照现浇施工时，要考虑混凝土的收缩徐变效 应， 因此需要在建模前要定义混凝土的收缩徐变函数， 按照如下图所示定义混凝土收缩徐变 函数。 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 5 图 5 混凝土收缩
5、徐变函数定义 主梁截面为变截面箱梁，共有两个控制截面，一个是跨中截面，一是支座位置处截面。 以跨中截面和支座处截面定义变截面。 截面列表如图 6 所示。 其中跨中截面和支座截面在前 面的结构描述中都有图示。 “跨中-支座”以及“支座-跨中”的变截面定义通过分别导入跨 中截面和支座截面来定义就可以了。如图 6 所示。 图 6-1 截面列表 这里输入非这里输入非 0 正值即可，建 立模型后通过 程序自动修正 所有单元的有 效厚度。 正值即可，建 立模型后通过 程序自动修正 所有单元的有 效厚度。 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 6 图 6-2 跨中-支座段变截面
6、 图 6-3 支座-跨中段变截面 在变截面在变截面 I 端导入跨中 截面， 端导入跨中 截面， J 端导 入支座截面 端导 入支座截面 在变截面在变截面 I 端导入支座 截面， 端导入支座 截面， J 端导 入跨中截面 端导 入跨中截面 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 7 2、建立上部梁单元并赋予单元截面属性、建立上部梁单元并赋予单元截面属性 建立桥梁模型时，如果要同时进行施工阶段分析，要针对施工的特点建立有限元模型， 例题中所示结构按照悬臂法施工， 悬臂施工段为每段 3m， 因此在建立模型时考虑按 1.5m 或 3m 长度单元建立模型，本例题中主梁是直梁结
7、构，因此建模方式可选性很广，可以通过扩 展单元的方式建立、或者从 AutoCAD 导入已划分节段的主梁中心线、或者通过逐个建立单 元的方式，这里采用扩展单元的方式建立一半主梁，然后通过镜像单元生成另一半主梁。 首先在（0,0,0）位置上建立主梁端部节点，然后通过对该节点进行扩展生成左半部主梁 结构。如下图所示 图 7 扩展生成左半边主梁 然后对生成的左半边主梁进行镜像生成另一半主梁，如下图所示， 扩展单元时输入的间距：扩展单元时输入的间距： 63,2,83,2,1,32,1,2,83,1 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 8 图 8 镜像生成另一半主梁 生成全
8、桥单元后， 因为由镜像生成的梁单元的编号顺序也是镜向的， 因此要对所有梁单 元进行重新编号， 以便于后续的单元选择 （保证单元编号有规律的连续性对单元的选择操作 很有帮助） 。 上述步骤生成全桥单元时使用的是跨中截面， 因此对生成的全桥单元应根据其实际对应 的截面信息修改单元的截面信息， 可以通过修改单元参数修改单元信息， 也可以通过 MIDAS 特有的拖放拖放功能赋予单元截面信息，这里以拖放的方式赋予每段单元实际的截面信息。 首先选择支座附近单元，修改其截面类型为“支座”截面，打开单元编号显示，选择单 元“18to20，43to45” ，如下图 通过选择反转单元坐标系保证镜像生成的 单元和源
9、单元的单元坐标轴保持一致。 通过选择反转单元坐标系保证镜像生成的 单元和源单元的单元坐标轴保持一致。 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 9 图 9 拖放功能修改支座附近单元的截面信息 同样的方法，选择单元“9to17，34to42” ，将截面“3：跨中-支座”拖放至模型窗口， 得到如下图所示的模型 图 10 修改截面高度由低变高段（跨中-支座） 同样的方法，选择单元“9to17，34to42” ，将截面“3：跨中-支座”拖放至模型窗口， 得到如下图所示的模型 通过拖放功能对选择的单元修改其截面信息通过拖放功能对选择的单元修改其截面信息 拖放：将鼠标放置在树形菜
10、单“支座截面” 处，按住不放将鼠标拖到模型窗口中 拖放：将鼠标放置在树形菜单“支座截面” 处，按住不放将鼠标拖到模型窗口中 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 10 图 11 修改截面高度由低变高段（支座-跨中） 赋予变高梁段变截面信息后， 发现桥梁模型显示都是锯齿状， 此时需要将同类的变截面 定义为一个变截面组，保证单元截面变化的连续性。在树形菜单双击“跨中-支座” ，在变截 面组信息中定义名称为“跨中-支座” ，z 轴变化选择 2 项式变化，对称轴为单元组的 i 端； 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 11 图 12-1 变
11、截面组“跨中-支座”定义图示 在树形菜单双击“支座-跨中” ，在变截面组信息中定义名称为“支座-跨中” ，z 轴变化 选择 2 项式变化，对称轴为单元组的 j 端； 3、定义结构组并赋予结构组单元信息、定义结构组并赋予结构组单元信息 结构组名称及结构组单元信息如下表所示 结构组名称 结构组所含单元结构组名称 结构组所含单元 左支座处梁段 17to21 桥梁段 2-3 39 49 右支座处梁段 42to46 桥梁段 2-4 38 50 桥梁段 1-1 16 22 桥梁段 2-5 37 51 桥梁段 1-2 15 23 桥梁段 2-6 36 52 桥梁段 1-3 14 24 桥梁段 2-7 35
12、53 桥梁段 1-4 13 25 桥梁段 2-8 34 54 桥梁段 1-5 12 26 桥梁段 2-9 33 55 桥梁段 1-6 11 27 左边跨合龙段 7 桥梁段 1-7 10 28 跨中合龙段 31 32 桥梁段 1-8 9 29 右边跨合龙段 56 桥梁段 1-9 8 30 左侧满堂支架区段 1to6 桥梁段 2-1 41 47 右侧满堂支架区段 57to62 桥梁段 2-2 40 48 所有合龙段 7 31 32 56 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 12 桥梁主梁 1to62 *注： “左支座处梁段” 、 “右支座处梁段” 、 “左侧满堂支架
13、区段” 、 “右侧满堂支架区段”还应包括在步 骤 注： “左支座处梁段” 、 “右支座处梁段” 、 “左侧满堂支架区段” 、 “右侧满堂支架区段”还应包括在步 骤 4 中建立的支座节点。中建立的支座节点。 建立好模型后， 就可以对执行程序自动修改构件理论厚度的功能了。 如图选择所有梁单 元，在“模型材料和截面特性修改时间依存材料特性”中选择修改构件理论厚度 图 13 修改构件理论厚度 4、定义边界组并定义边界条件、定义边界组并定义边界条件 边界采用一般支承来模拟， 因为截面选择的是顶对齐， 因此需要在梁底支座支承的位置 处建立支座节点，然后将支座节点和主梁节点通过弹性连接刚性连接起来。 选择中
14、部节点 19、 20、 44、 45， 选择节点 复制移动， 对选择的两个节点向下复制 5.9m， 生成新节点 6467；选择边跨端部节点 1 和 63，选择节点复制移动，对选择的两个节点向 下复制 3.05m，生成新节点 68、69。 （新生成的支座节点要按照步骤 3 的注释中说明的将节 点放置在对应的结构组中。 ） 定义边界组和边界信息如下表所示。 支座约束 支座与主梁约束 边界组名称 一般支承 适用支座节点弹性连接 适用节点 支承 111111 64to67 刚性 19-64，20-65， 44-66，45-67 左边跨 011100 68 刚性 1-68 右边跨 011100 69 刚
15、性 63-69 得到结构的边界条件如下图所示 点击点击得到 构件理论厚 度表格 得到 构件理论厚 度表格 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 13 *注：约束、荷载及其他模型中内容可以在“视图显示”中定义显示，如上述边界条 件的显示，在显示菜单中选择要显示内容进行显示即可 5、定义荷载工况和荷载组、定义荷载工况和荷载组 荷载工况和荷载组定义如下表所示 编号 荷载工况名称 荷载类型 荷载组 说明 1 自重 施工阶段荷载 (CS) 自重 结构自重 2 预应力 施工阶段荷载 (CS) 钢束1-0to 钢束 1-9 钢束2-0to 钢束 2-9 不同施工阶段对于预应 力
16、钢束的预应力 3 挂篮重 施工阶段荷载 (CS) 模架移动装置换算荷载 北京迈达斯技术有限公司技术资料PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算 14 6、定义施工阶段、定义施工阶段 本模型采用悬臂浇注施工方法，从施工零号块开始，对称浇注两端悬臂段，直至全桥合 龙，共分 12 个施工阶段。施工阶段信息如下表所示 结构组 边界组 荷载组 施工阶段 名称 激活 钝化激活 钝化激活 钝化 1-零号块施 工 左、右支座 处梁段 支承 自重，挂篮 1，钢 束 1-0，钢束 2-0 2-悬浇 1 桥梁段 1-1， 桥梁段 2-1 挂篮 2，钢束 1-1， 钢束 2-1 挂篮 1 3-悬浇 2 桥梁段 1-2， 桥梁段 2-2 挂篮 3，钢束 1-2， 钢束 2-2 挂篮 2 4-悬浇 3 桥梁段 1-3， 桥梁段 2-3 挂篮 4，钢束 1-3， 钢束 2-3 挂篮 3 5-悬浇 4 桥梁段 1-4， 桥梁段 2
