普通鋼筋混凝土橋梁結構施工階段模擬

1、裝配式鋼筋混凝土簡支T梁施工階段分析及RC設計例題目錄一、結構描述3二、建立模型4三、定義荷載7四、定義施工階段12五、執(zhí)行分析及后處理13六、RC設計15裝配式鋼筋混凝土簡支T梁施工階段分析及RC設計例題本模型模擬的是普通鋼筋混凝土簡支梁橋的預制拼裝過程，并對上部梁結構和下部墩柱按照JTG D62規(guī)范進行各項驗算。例題參考鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁結構設計原理P132頁（張樹仁等著，人民交通出版社）。一、結構描述1、設計資料（1）橋面凈寬 （2）設計荷載 公路-級汽車荷載人群荷載 結構重要性系數(shù) （3）材料規(guī)格鋼筋：主筋采用HRB400鋼筋相對界限受壓區(qū)高度箍筋采用HRB335鋼筋混凝土：

2、主梁采用C30混凝土（4）截面形式圖1 T梁橫斷面尺寸（單位：mm）2、結構描述裝配式簡支梁橋，橋墩為雙柱墩，采用矩形斷面，混凝土采用C30。首先施工橋墩，然后對稱吊裝RC預制T梁，首先吊裝中間的兩片縱梁，并通過橫梁體系將相鄰兩片縱梁連為整體。在最后一個階段，加載鋪裝荷載。二、建立模型1、首先定義模型中涉及的材料和截面類型，如下表所示 表1構件材料截面截面對齊方式尺寸（mm）T梁JTG04（RC）-C30設計截面T形截面 頂對齊1780x1000x100x240蓋梁JTG04（RC）-C30設計截面中腹板截面頂對齊400x500，400x300橋墩JTG04（RC）-C30數(shù)據(jù)庫矩形截面中心對

3、齊800x400虛擬橫梁JTG04（RC）-C30數(shù)據(jù)庫矩形截面頂對齊1000x120，500x1202、然后建立有限元結構模型結構建模根據(jù)個人習慣有多種方式，這里采用由上至下的建模方法。1) 首先建立一片T梁，然后通過復制功能生成8片縱梁；圖2 建立縱梁單元2) 然后建立模擬縱梁間橫向聯(lián)系作用的虛擬橫梁；除端部兩根橫梁采用500x120mm的矩形斷面外，其他的橫梁均屬于標準橫梁。圖3 建立橫梁單元3) 通過將縱梁端部節(jié)點向下復制T梁高1m建立梁底節(jié)點，同時也是支座支承點位置，再將支承點向下復制支座高度0.1m建立蓋梁頂部節(jié)點；圖4 通過向下復制橫梁節(jié)點建立支座支承節(jié)點和蓋梁頂點（注：圖示上面

4、第一層節(jié)點為橫梁節(jié)點，第二層是支座支承頂點，第三層是蓋梁頂點，為模擬蓋梁端部變截面段，在蓋梁端部向外側1m的位置建立了兩個節(jié)點作為蓋梁懸挑段的端點）4) 蓋梁總長度為14.06m，為矩形斷面，端部為2.58m變截面矩形梁段，中間為8.9m等截面，蓋梁端部最小截面高度為0.3m，中部截面高度為0.5m；首先定義兩個變截面（蓋梁截面由大到小的變截面和蓋梁由小到大的變截面），分別賦予蓋梁的兩個懸挑段，此時得到的蓋梁形式如下圖所示圖5 賦予變截面后蓋梁消隱模型顯然懸挑段的變截面是不對的，因為變截面適用的單元有多個，因此需要定義變截面組，如下圖所示定義蓋梁斷面由大到小，以及由小到大的變截面組圖6 定義蓋

5、梁斷面由大到小的變截面組圖7定義蓋梁斷面由小到大的變截面組5) 將3號縱梁和6號縱梁對應的蓋梁上節(jié)點向下復制蓋梁高度0.5m，然后對復制生成的4個節(jié)點通過擴展單元功能生成3m高橋墩3、定義結構組并分配結構組單元根據(jù)施工過程的特點將整個結構分為以下幾個結構組：橋墩、蓋梁、縱梁18、支座節(jié)點、橫梁17。分別對應于分階段施工的橋墩部分單元、蓋梁部分單元、分階段吊裝的18號縱梁單元、縱梁間的橫向虛擬梁單元18。其中縱梁按照沿y正向分別為縱梁18結構組。橫梁按照沿y正向分別為橫梁17結構組。自下至上依次是縱梁18自下至上依次是橫梁17圖8 定義縱梁結構組4、定義邊界條件同時指定邊界組根據(jù)施工過程的特點將

6、邊界組定義如下：墩底固結、蓋梁固結、支座18，分別對應橋墩底部固結、蓋梁與墩頂?shù)倪B接、縱梁與蓋梁和支座點的連接關系。然后定義各個邊界條件對于墩底約束，通過邊界一般支承，指定邊界組信息為墩底固結，選擇約束D-ALL和R-ALL約束墩底節(jié)點；對于墩頂與蓋梁的連接關系，通過邊界彈性連接剛性，指定邊界組信息為蓋梁固結，按順序點取墩頂節(jié)點及對應的蓋梁節(jié)點，共定義4個剛性彈性連接；對于蓋梁頂與支座支承點的連接關系，根據(jù)支座支承點的所對應的縱梁編號n，通過邊界彈性連接剛性，指定邊界組信息為支座n，按順序點取蓋梁頂節(jié)點及對應的支座支承節(jié)點，共定義16個剛性彈性連接；對于支座支承點與主梁的連接關系，根據(jù)支座支承

7、點所對應的主梁編號n，通過邊界彈性連接一般，指定邊界組信息為支座n，按照表2 的支座剛度信息，按順序點取支座支承節(jié)點及對應的主梁節(jié)點，共定義16個一般彈性連接；支座類型/剛度適用于支座組滑動100000右側支座14，支座68 滑動110000右側支座5固定101000左側支座14，支座68固定111000左側支座5圖9 彈性連接模擬支座剛度注：100000表示SDx、SDy、SDz、SRx、SRy、SRz方向是否有剛度，1表有剛度，0表示無剛度。剛度均以10000KN/m。三、定義荷載每種荷載工況定義時都需要對應一定的荷載工況，在進行施工階段分析時，對于在施工階段作用的荷載還要指定其對應的荷載

8、組，因此通常在定義荷載前首先定義荷載工況名稱和荷載組名稱，當然荷載條件相對簡單的模型來說，在定義荷載工況的同時也可以時時定義荷載工況名稱和定義荷載組名稱。本模型中涉及三種荷載：結構自重，鋪裝荷載，公路-級車道荷載。（*其中移動荷載通過程序的移動荷載功能自動生成荷載工況）荷載工況名稱荷載類型荷載組說明自重施工階段荷載自重模擬結構自重鋪裝施工階段荷載鋪裝荷載工況名稱定義如下圖所示圖10 荷載工況名稱定義荷載組定義如下圖所示圖11 荷載組名稱定義下面分別定義自重、鋪裝和移動荷載。自重荷載定義如下圖所示注意圖示位置的選擇即可。圖12 自重荷載工況定義自重荷載工況的模擬鋪裝荷載定義如下圖所示注意圖示位置

9、的信息輸入。同時鋪裝荷載采用梁單元均布荷載模擬，鋪裝荷載作用的單元選擇8片縱梁單元。圖13 鋪裝荷載工況定義使用梁單元荷載定義鋪裝移動荷載定義時，分為五個步驟選擇移動荷載規(guī)范、定義車道、定義車輛、定義移動荷載規(guī)范、指定移動荷載分析控制數(shù)據(jù)。相關命令為“荷載移動荷載分析數(shù)據(jù).”。因為本模型中各縱梁通過虛擬橫梁連接，因此在定義車道時選擇橫梁布載方法，將所有橫梁定義為一個結構組。通過拖放將選擇單元賦予橫梁組圖14 橫梁組定義窗口標示內(nèi)容為梁單元移動荷載分析必選項圖15 移動荷載分析數(shù)據(jù)菜單對于橫向聯(lián)系梁比較多的結構定義車道時，車輛荷載的分布建議選擇“橫向聯(lián)系梁法”。圖16 車道定義圖17 移動荷載工

10、況定義圖18 移動荷載分析控制數(shù)據(jù)四、定義施工階段施工采用先澆注橋墩和蓋梁，然后分片對稱吊裝T梁的方法，最后通過橋面鋪裝將所有縱梁連接成整體。具體施工階段信息如下表所示： 表2 階段名稱施工構件結構組邊界組荷載組1-橋墩施工現(xiàn)澆混凝土橋墩橋墩墩底固結自重2-蓋梁施工澆注混凝土蓋梁蓋梁蓋梁固結3-縱梁4、5架設4、5號縱梁縱梁4，縱梁5，橫梁4支座4、54-縱梁3、6架設3、6號縱梁縱梁3，縱梁6，橫梁3，橫梁5支座3、65-縱梁2、7架設2、7號縱梁縱梁2，縱梁7，橫梁2，橫梁6支座2、76-縱梁1、8架設1、8號縱梁縱梁1，縱梁8，橫梁1，橫梁7支座1、87-鋪裝鋪裝Tip：根據(jù)施工的特點，

11、定義結構組、邊界組、荷載組，對施工階段的定義起到事半功倍的作用。施工階段分析模型的檢查方法：可以采用在模型窗口中顯示所有的荷載和邊界條件的方式，逐一查看每個階段的結構、邊界、荷載情況。通常對于施工階段模型，最容易遺漏的就是邊界條件的分配。顯示荷載和邊界，可以在“視圖顯示.”來選擇，如下圖所示。 圖19 在顯示選項里選擇顯示所有荷載和邊界條件五、執(zhí)行分析及后處理在執(zhí)行分析前，要定義各項分析控制選項，本模型涉及移動荷載分析、施工階段分析，因此需要分別定義移動荷載分析控制選項和施工階段分析控制選項，前者我們在移動荷載工況定義中已經(jīng)定義，只需定義后者即可。在“分析施工階段分析控制選項”中指定施工階段分

12、析的參數(shù)。因為本模型不涉及混凝土收縮徐變、混凝土強度發(fā)展，因此不考慮時間依存效果。僅進行一般的施工階段分析就可以了。圖20 施工階段分析控制選項定義好各項分析控制選項后，就可以執(zhí)行運行分析了。分析完成后，通過結果菜單可以查看各種分析結果。分析結果可以通過圖形、結果表格、文本形式輸出。這里主要介紹施工階段分析結果和移動荷載分析結果的查看。施工階段分析結果查看時，需要將階段顯示在要查看的施工階段，然后選擇結果中欲查看的分析結果就可以了。如下圖所示六、RC設計無論是PSC設計還是RC設計都是在后處理進行的。RC設計的基本步驟如下列圖所示：1) 建立施工階段分析模型梁截面必須選擇“設計截面”，柱截面必須選擇“數(shù)據(jù)庫/用戶”，梁截面必須定義截面鋼筋； 圖21 梁截面和柱截面定義 圖22 梁截面配筋和柱截面配筋2) 定義驗算用荷載組合可以采用程序自動生成，也可以用戶自定義；圖23 生成驗算用荷載組合3) 定義RC設計參數(shù)對于柱構件計算長度需在“設計一般設計參數(shù)自由長度”和“設計一般設計參數(shù)計算長度系數(shù)”中定義；圖24 定義驗算用材料力學性能 圖25 定義柱構件計算長度4) 指定驗算用截面位置和計算書中輸出截面位置；選擇控制結構驗算的縱梁單元和橋墩單元作為設計截面位置，并指定在計算書中輸出哪些驗算單元的詳細驗算過程。本模型因為結構對稱，荷載對稱，因此僅對