預應力箱梁橫向分析

1、預應力箱梁橫向分析預應力箱梁橫向分析一.概要I. 分析概要PSC箱梁進行橫向分析時，有理論指出梁單元模 型的分析結果往往比有限板單元的分析結果要偏大。通過本例題 對配有預應力鋼筋的箱梁橫向模型進行三維板單元分析并與梁單 元模型的結果比較，驗證上述理論。建立幾何體生成主梁（板單元網(wǎng)格）生成橫向預應力鋼筋（線網(wǎng)格）施加恒荷載.移動荷載張拉預應力鋼筋查看分析結 果n幾何模型本例題主梁是截面寬度為15. 74m,梁高為3m的等 截面箱梁。頂板的懸臂板.腹板頂.頂板屮心的厚度依次為0. 25. 0. 45. 0. 23m,橫向預應力鋼筋是曲線布置的。建頂板時可采 用程序中變厚度板單元，預應力鋼筋采用B樣

2、條曲線。n材料及 特性主梁采用40MPa的高強度混凝土材料，鋼束選擇鋼筋單元屮 的預應力類型。頂板采用變厚度的板單元建模，腹板與底板用0. 5m. 0. 2m厚度的板單元來建模。n生成主梁（板單元網(wǎng)格）首 先利用“定義線”功能定義箱梁截面幾何體（如上圖所示），再 利用“擴展”功能生成50m的全橋板單元網(wǎng)格。n生成鋼束（線 單元網(wǎng)格）利用“定義線”功能生成B樣條曲線，然后以0.6m 為等間距復制到整個主梁頂板屮。n恒荷載與活荷載結構自重 由程序內(nèi)部自動計算，二期荷載（防撞墻.鋪裝）通過壓力荷載施 加在整個橋面板上。將一輛整車荷載添加在主梁跨屮頂板上，按懸臂板.頂板屮心 彎矩最大布置車輛，共有六種

3、布置方法。每個車輪考慮著地面積 施加壓力荷載。n預應力荷載對鋼筋單元（預應力類型）施加 預應力荷載。n分析結果將恒載.活荷載的內(nèi)力結果以及預應力 荷載的應力結果與梁單元模型的分析結果相比較。二. 建立主梁頂板（考慮加腋）3214操作步驟Procedure 分析 > 函數(shù).1. 名稱Top Slab2. 獨立變量X3. 編輯表格輸入頂板相應于X坐標的板厚4. 點擊確認獨立變量橫向頂板的厚度在X方向上有變 化，獨立變量選擇X方向。數(shù)值輸入隨X方向變化的板厚度。X坐標原點以頂板中心為 基準輸入。n建立/修改函數(shù)定義隨位置變化的可變荷載或邊界 條件等的空間函數(shù)（Spatial Function）

4、 可直接在左側的表格里 輸入變量和函數(shù)，也可利用方程式生成函數(shù)。各變量之間的函數(shù) 值是線性內(nèi)差計算的。三. 建立預應力鋼筋1. 定義鋼筋特性值操作步驟Procedure分析特性.1. 選擇創(chuàng)建 > 鋼筋2. 選擇桿截面表單3. 輸入“號”，“名稱”后點擊適用4. 選擇桿表單5. 材料：“2： Steel”6. 橫截面積：“ 0.0004161”7. 鋼筋類型選擇預應力鋼筋8. 規(guī)范：“韓國規(guī)范”9. 預應力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)：“0.25” 10.管道每米 局部偏差對摩擦的影響系數(shù)：“0.0066” 11. 錨具變形:“開始點，0.006” 12. Click 0K鋼筋面 積橫向預應力

5、鋼筋，0.6m為等間距縱向布置。鋼筋面積二138. 7X3二416. Imm2鋼筋類型選擇“預應力鋼 筋”類型。規(guī)范選擇計算預應力損失的規(guī)范。n鋼筋類型鋼筋類型屮 有“預應力鋼筋”與“普通鋼筋”兩個選項?！捌胀ㄤ摻睢边m用 于定義混凝土普通鋼筋，“預應力鋼筋”使用于施加預應力荷載 的預應力鋼筋。n預應力損失對于曲線預應力鋼束，預應力鋼 束與管道壁Z間摩擦損失是不可忽視的，同時還要考慮錨具變形 損失。2. 定義鋼筋單元定義鋼筋單元有以下兩種方法。 在“自動網(wǎng)格線”對話框，對幾何曲線進行“播種”后， 勾選“鋼筋”選項，直接生成鋼筋單元。 在“自動網(wǎng)格線”對話框，不勾選“鋼筋”選項，首先生 成線網(wǎng)格，

6、然后在“網(wǎng)格單元創(chuàng)建鋼筋單元”定義鋼筋單元。 “自動網(wǎng)格線”直接生成鋼筋單元方法操作步驟 Procedure網(wǎng)格自動網(wǎng)格劃分 > 自動網(wǎng)格線.1. 請選擇線選擇幾何曲線2. 播種方法分割數(shù)量3. 分割數(shù)量：“32”4. 特性 “5: Tendon”5. 勾選“鋼筋”6. 類型“板單元的鋼筋”7. 勾選“生成高次單元”8. 點擊確認5選擇幾何曲線7請選擇線選擇要生成網(wǎng)格 的幾何曲線。利用已定義的B樣條曲線生成預應力鋼筋網(wǎng)格。鋼筋生成的線網(wǎng)格為鋼筋單元時勾選此項。生成高次單元生成高次預應力鋼筋單元。n生成高次單元 曲線布置的鋼束需要考慮預應力損失。如果生成的是低次單元， 程序內(nèi)部默認為是直線

7、單元，故無法考慮曲率對摩擦的影響。生成高次線網(wǎng)格單元時，線單元的屮心就會生成一個高次節(jié) 點（考慮曲率后的位置），故可考慮曲率對摩擦損失的影響。 創(chuàng)建鋼筋單元法不勾選“自動網(wǎng)格線”對話框的“鋼 筋”選項，首先只生成線網(wǎng)格，然后在“網(wǎng)格單元創(chuàng)建鋼筋單 元”中定義鋼筋。操作步驟Procedure網(wǎng)格自動網(wǎng)格劃分自動網(wǎng)格線.第5頁共10頁1. 與前一個自動網(wǎng)格線方法定義2. 不勾選“鋼筋”3. 點擊確認操作步驟Procedure網(wǎng)格單元 > 創(chuàng)建鋼 筋單元1. 類型“板單元的鋼筋”2. 選擇截面：“選擇定義鋼束的線網(wǎng)格”3. 選擇主單元:“選擇包圍鋼束的周圍混凝土單元”4. 特性：“4:Tend

8、on”5. 點擊確認選擇截面選擇要生成鋼筋單元的線網(wǎng)格。選擇開始節(jié)點（可選）張拉預應力鋼朿時，需要選擇預應力張拉方法（單端.兩 端）。在這里區(qū)分預應力鋼朿的開始點和結束點。選擇母單元選擇包圍預應力鋼筋的周圍混凝土單元。確定受 預應力鋼朿影響的混凝土單元。（可全選或局部選擇）選擇截面 選擇母單元3. 預應力荷載操作步驟分析荷載 > 鋼筋預應力.Procedure1. 荷載組 “Prestress”2.選擇“鋼筋網(wǎng)格”3.選擇“后張法”4.選擇“應力”5.起始“1425000”6. 點擊確認43沿鋼筋全長均勻力定義均勻的預應力荷 載時使用，選項“應力XX”適用于鋼筋桿單元的情況，選項“應 力

9、XX與應力YY”適用于鋼筋柵格單元。后張法適用于后張法預應力結構，同時能夠考慮預應力損 失。應力/內(nèi)力預應力荷載輸入方法，可選應力法或內(nèi)力法。 根據(jù)選擇的方法，顯示相應的單位。開始端/結束端 單端張拉時，輸入其中一端的張拉荷載即 可。兩端張拉時，同時輸入兩端的張拉荷載。操作步驟Procedure網(wǎng)格轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡 平移網(wǎng)絡.1. 選擇“均勻復制”2. 距離 “0.6”3. 數(shù)量“83”4. 勾選“包括荷載邊界條件”5. 點擊確認距離/數(shù)量50m跨徑范圍內(nèi)，縱向以0.6m 為等間距布置84根預應力鋼束。鋼束等間距復制n后張法橫向預應力鋼筋間距：0.6m,Ap二416. Imm2, Ep二2. 0X10

10、5Mpa Fpy=1600Mpa, Fpu=1900Mpa 張拉力=Po =0. 75XPu = 0. 75X1900 =1425Mpa 四.活荷載L考慮車輪著地面積的活荷載在主梁頂板上，施加考慮著地 面積的車輪荷載。將每個車輪荷載轉(zhuǎn)換為矩形分布荷載。操作步驟ure分析 > 荷載任意荷載矩形分布荷載.1. 荷載組“LL1-1”2. 選擇單元“單元類型2D”3. 選擇參考坐標“整體直角”4. 左下點，右下點，右上點，左上點輸入相應的坐標值（參 考下面的表格輸入）5. 勾選“均勻” ,P “-0. 122”6. 荷載方向“0,0,1”7. 勾選“投影”選擇“荷載方向”8. 點擊適用9. 另一

11、個節(jié)點以相同的方法定義45678荷載組移動荷載具 體加載位置（六種情況）。T ransfer to FE參考坐標選擇荷載 定義時的基準坐標系。點擊按鈕可以定義新的參考坐標系。矩形分布荷載定義矩形分布荷載的加載區(qū)域。通過四個點來 確定矩形分布荷載的加載區(qū)域。荷載值考慮著地面積后換算的車輪矩形分布荷載，前輪為0. 122Mpa,后輪為0. 241Mpao n矩形分布荷載一輛車有六個車 輪，故需要定義六個矩形分布荷載。對于n車道的情況，就需要 定義6Xn個矩形分布荷載，工作量非常大。遇到多車道的情況時，首先可在頂板的所有車輪加載位置， 定義與車輪著地面積相同的矩形線框，利用捕捉頂點功能定義分 布荷載

12、的四個頂點，這樣就沒必要一個一個手動輸入坐標值了。移動荷載布置圖車輛間距為3m,共有六種布載情況。左側偏 心一車道.左側偏心兩車道.左側偏心三車道.兩側各一車道.兩側 各兩車道.中心兩車道。L L-1分布荷載四點坐標值LANE1左下 點右下點左上點右上點P左前輪4.469,0.0154.469, 0. 0153. 93,0.0153. 93,0.0157. 59,-0. 414, 0. 0150. 414, 0. 0150. 414, 0. 015241 后輪7. 109,3. 786,0.0157. 109,4.614,0.0155.732,-4. 469, -0. 08664. 469,

13、-0. 11834. 469, -0. 08663. 93,-0. 11835. 79, -0. 414,-0. 08150. 414,-0. 12330. 414,-0. 08150. 12335. 79,3. 786, -0. 08150. 12330. 08150. 12331：左偏心一車道 LL1-2：左偏心兩車道LL1-3：左偏心三車道LL2：屮心兩 車道 LL3-1：兩側各一車道 LL3-2:兩側各兩車道 五.查 看分析結果1.三維板單元分析結果自重彎矩圖（Mxx）橫斷面二期荷載彎矩圖（Mxx）橫斷面活荷載彎矩圖（Mxx）橫斷面預應力荷載彎矩圖（Mxx）橫斷面荷載工況頂板支承處頂板屮心腹板底板自重10.97043. 9411. 290127. 29631. 905119. 55831. 2652. 鋼束應力考慮所有損失忽略管道摩擦忽略錨具變形忽 略局部偏差各種預應力損失分析類型所有損失（摩擦偏差. 變形）忽略管道摩擦損失最小應力（Mpa）最大應力（Mpa）最小應力（Mpa）最大應力（Mpa）三維板單元1158.031291.011217.01320分析類型 忽略錨具 變形損失忽略局部偏差損失最小應力（Mpa）最大應力（Mpa）最小應力（Mpa）最大應力（Mpa）三維板單元12091425. 01265. 011345. 03當不考慮損