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1、使用建模助手做悬臂法(FCM)桥梁施工阶段分析北京迈达斯技术有限公司目 录概 要 1桥梁基本数据以及一般截面 2悬臂法(FCM)的施工顺序以及施工阶段分析 4使用材料以及容许应力 6荷 载 7设定建模环境 9定义截面及材料 10使用悬臂法建模助手建模 12输入模型数据 12预应力箱型截面数据的输入 16预应力钢束的布置 18编辑和添加数据 24查看施工阶段 24修改施工阶段 26时间依存性材料特性的定义和连接 31分解变截面群 36运行结构分析 37查看分析结果 39使用图形查看应力和内力 39使用表格查看应力 44查看预应力的损失 45查看钢束坐标 46查看钢束伸长量 47查看预拱度 48查
2、看预拱度管理图 49查看荷载组合作用下的内力 50使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析概 要预应力箱型梁桥(PSC BOX Bridge)的施工工法一般有顶推法(ILM)、悬臂法(FCM)、移动支架法(MSS)等。悬臂法是由桥墩向跨中方向架设悬臂构件的方法，该工法不用水上作业，也不需要架设大量的临设和脚手架，因此可以灵活使用桥下空间。另外，因为不直接与桥下河流或道路接触，因此被广泛使用于高桥墩、大跨度桥梁中。使用悬臂法(FCM)施工的预应力箱型梁桥，因为各施工阶段的结构体系不同，所以只有对各施工阶段做结构分析才能最终确定截面大小。另外，为了正确分析混凝土材料的时间依存特性和预应力钢束的预
3、应力损失，需要前阶段累积的分析结果。用户在本章节中将学习使用悬臂法桥梁建模助手建立悬臂法(FCM)各施工阶段和施工阶段分析的步骤，以及确认各施工阶段应力、预应力损失和挠度的方法。例题中的桥梁为按悬臂法施工的现浇桥梁。图1 分析模型(竣工后)15使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析桥梁基本数据以及一般截面桥梁基本数据如下：桥 梁 类 型 : 三跨预应力箱型连续梁桥(FCM)桥 梁 长 度 : L = 85.0 + 130.0 + 85.0 = 300.0 m桥 梁 宽 度 : B = 12.7 m (2车道)斜 交 角 度 : 90(正桥)桥梁终点桥梁始点图2 纵向剖面图3 标准截面一端张
4、拉两端张拉上 部 钢 束合龙段FSM 区段合龙段零号块FCM 区段FCM 区段一端张拉两端张拉下 部 钢 束图4 钢束布置简图悬臂法(FCM)的施工顺序以及施工阶段分析悬臂法(FCM)的施工顺序一般如下：同时进行施工下部工程制作及拼装挂篮分阶段施工下部工程架设零号块的临设并设置临时固结措施在零号块上布置挂篮拼装模板，布置钢筋和钢材(需七天)混凝土的浇筑及养护、张拉钢束(需五天)移动挂篮到下一个桥梁段施工完第一中间跨，移动挂篮施工边跨(FSM工法)施工合龙段(Key Seg.)布置永久支座，张拉下部钢束施工桥面收 尾 本悬臂法桥梁例题为三跨连续梁使用了4台挂篮(F/T)，因此不必移动挂篮。悬臂法
5、施工阶段分析应该正确反应上面的施工顺序。施工阶段分析中各施工阶段的定义，在MIDAS/CIVIL里是通过激活和钝化结构群、边界群以及荷载群来实现的。下面将MIDAS/CIVIL中悬臂法桥梁施工阶段分析的步骤整理如下。1. 定义材料和截面2. 建立结构模型3. 定义并构建结构群4. 定义并构建边界群5. 定义荷载群6. 输入荷载7. 布置预应力钢束8. 张拉预应力钢束9. 定义时间依存性材料特性值并连接10. 运行结构分析11. 确认分析结果悬臂法建模助手能帮助用户自动生成上述28项步骤。使用一般功能完成28项步骤地方法将在使用一般功能的悬臂法施工阶段分析里做详细介绍。在本指南中将介绍利用悬臂法
6、建模助手做悬臂法施工阶段分析的方法。使用材料以及容许应力 上部结构混凝土材料强度标准值 :初始抗压强度 :弹性模量 : Ec=3,000Wc1.5 fck+ 70,000 = 3.07105kgf/cm2容 许 应 力 容许应力施加预应力初期预应力损失之后压 缩张 拉 下部结构混凝土材料强度标准值 :弹性模量 : 预应力钢束(KSD 7002 SWPC 7B-15.2mm (0.6 钢束)屈服强度 :抗拉强度 :截面面积 :弹性模量 :张拉力 :锚固端滑移 : 摩擦系数 : : 容许应力最大控制应力张拉初期()预应力损失之后荷 载 永久荷载结构重力 在程序中以自重输入二期恒载 预应力荷载钢束(
7、)截面面积 :孔道直径 :张拉力 : 施加72%抗拉强度的张力张拉初期的损失(由程序计算)摩擦损失 :顶板束 : , 底板束 : , 锚固端滑移量 : 混凝土弹性压缩预应力损失 : 损失量, 预应力长期损失(由程序计算)应力松弛 徐变和干缩引起的损失 徐变和干缩条件水泥 : 普通水泥施加持续荷载时混凝土的材龄 : 日混凝土暴露在大气中时的材龄 : 日相对湿度 : 大气或养生温度 : 适用标准 : 道桥设计标准 (CEB-FIP)徐变系数 : 由程序计算混凝土干缩应变 : 由程序计算 挂篮(form traveller)荷载假设挂篮自重如下图5 挂篮自重设定建模环境为了做悬臂法桥梁的施工阶段分析
8、首先打开新项目( 新项目)以FCMwizard名字保存( 保存)文件。 然后将单位体系设置为tonf和m。该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意地更换。文件 / 新项目文件 / 保存 ( FCMwizard ) 单位体系也可以使用程序窗口下端的状态条中的按钮()选择修改。工具 / 单位体系 长度 m ; 力 tonf 图6 设定单位体系定义截面及材料定义上部结构和下部结构以及预应力钢束的材料特性。模型 / 特性值 / 材料 同时定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。类型 混凝土 ; 规范 KS-Civil(RC)数据库 C400 类型 混凝土 ; 规范 KS-Civil(RC)数据库 C27
9、0 名称 (钢束) ; 类型 用户定义 ; 规范 None分析数据弹性模量 (2.0e7)线膨胀系数 (1.0e-5) 图7 定义材料特性对话框将桥墩的截面特性定义为用户类型。 因为预应力箱型截面的特性将在悬臂法建模助手中定义，所以不必在此另外定义。模型 / 特性值 / 截面数据库 / 用户表单截面号 (1) ; 名称 (桥墩)截面形状 实心矩形 ; 用户 H (1.8), B(8.1) 图8 定义截面特性对话框使用悬臂法建模助手建模使用MIDAS/CIVIL的悬臂法建模助手功能建模。悬臂法建模助手由模型、截面、钢束三个表单组成。输入模型数据 本桥梁例题将支膜和绑扎钢筋、布置钢束管道的时间定为
10、7天，浇筑混凝土以及养生的时间定为5天，因此将施工一个桥梁段的时间设定为12天。在悬臂法建模助手的模型表单中，我们将定义桥梁的材料、基本数据、桥梁段的划分(参见图10)、零号块的大小、桥墩类型和尺寸等，另外还将定义每个桥梁段的施工持续时间(12天)。模型 / 结构建模助手 / 悬臂法建模助手 模型表单材料 (主梁) 1: C400 ; 材料 (桥墩) 2: C270桥墩数 ( 2 ) ; 桥墩截面 1: 桥墩 ; 施工阶段持续时间 (12)方法 现浇零号块 P.T. ( 14 ) ; B ( 6 )合龙段 K1 ( 2 ) ; K2 ( 2 ) 满堂支架法(FSM)区段要考虑钢束的锚固，合理地
11、划分单元。(参照图10)。桥墩 H ( 40 ) ; C ( 4.2 )满堂支架法(FSM) FSM(左) ( 2, 44.25 ) ; FSM(右) ( 2, 44.25 )Zone1 ( 124.75 ) ; Zone2 ( 124.75 ) 选择半径开关并输入半径，即可建立曲线变截面悬臂法桥梁模型。 选择详细开关并按，即可建立非对称施工的桥梁或各跨长度不同的悬臂法桥梁模型。图9 悬臂法桥梁建模助手的模型表单零号块合龙段 1FSM区段桥梁段 1零号块零号块合龙段 2桥梁段 2桥梁段 2零号块合龙段 3FSM区段桥梁段 1图10 桥梁段的划分图11 施工工序计划表悬臂法的施工工期与桥墩数量和
12、投入的作业车辆(挂篮等)有关。因为各桥墩的悬臂部分并不是同时施工的，所以施工合龙段时合龙段两侧悬臂桥梁段的混凝土材龄是不同的。由于两侧悬臂桥梁段混凝土材龄的差异，引起同一施工阶段内施工的悬臂桥梁段的徐变和干缩以及预应力钢束的预应力损失量的差异。也就是说，施工合龙段时合龙段两侧的截面应力和位移是不同的，施工阶段分析时一定要考虑到这种情况。 关于施工阶段时间荷载功能的使用方法请参照“使用一般功能做悬臂法施工阶段分析”中的说明或参照“用户在线手册”中的“CIVIL的功能荷载 施工阶段时间荷载。在MIDAS/CIVIL中，通过施工阶段时间荷载功能决定单元的材料时间依存特性，合龙段两侧桥梁段的材龄差异，由施工完两桥墩的零号块之后施工第一个桥梁段的时间差异来体现。在图11的预定施工工序中以一行为15天来表示施工桥梁所需时间以及预定的工序。根据预定的工序，两桥墩第一个桥梁段的开始施工时间差为60天。 点击，
