MIDAS中PSC變截面箱梁施工階段及PSC設(shè)計(jì)例題

1、PSC變截面箱梁施工階段及PSC設(shè)計(jì)例題對(duì)于常規(guī)的PSC連續(xù)梁橋我們通?？梢詤⒖冀Ｖ纸⒌哪Ｐ?，對(duì)于特殊的橋型或有特殊要求的結(jié)構(gòu)我們需要按照一般方法建立有限元模型，施加邊界和荷載進(jìn)行分析。這個(gè)例題主要說(shuō)如何使用一般方法建立PSCM續(xù)梁橋并定義施工階段進(jìn)行施工階段分析和按照J(rèn)TGD6覬范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)描述這里僅模擬其上部結(jié)構(gòu)。施工方法采用懸這是一座50+62+50的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋,臂澆注，跨中截面和端部截面如圖1所示。圖1-1跨中截面示意圖1-2支座截面示意橋梁立面圖如圖2所示圖2連續(xù)梁立面圖圖3鋼束布置形狀、結(jié)構(gòu)建模對(duì)于施工階段分析模型，通常采用的建模方法是：1、定義材

2、料和截面特性（包括混凝土收縮徐變函數(shù)定義）；2、建立上部梁?jiǎn)卧①x予單元截面屬性；3、定義結(jié)構(gòu)組并賦予結(jié)構(gòu)組信息；4、建立邊界組并定義邊界條件；5、定義荷載工況和荷載組；6、定義施工階段；7、分階段定義荷載信息（分施工階段荷載和成橋荷載兩部分）；8、分析，分析完成后定義荷載組合進(jìn)行后處理結(jié)果查看；9、定義設(shè)計(jì)驗(yàn)算參數(shù)按照J(rèn)TGD62寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)短期及承載能力驗(yàn)算下面就每個(gè)步驟分別詳述如下一一三、分步驟說(shuō)明1、定義材料和截面特性本模型中涉及的材料包括混凝土主梁（C4。、預(yù)應(yīng)力鋼絞線（Strand1860）。如下圖4所示圖4材料列表通常對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PSC結(jié)構(gòu)）按照現(xiàn)澆施工時(shí)，要考慮混凝土

3、的收縮徐變效應(yīng)，因此需要在建模前要定義混凝土的收縮徐變函數(shù)，按照如下圖所示定義混凝土收縮徐變函數(shù)。圖5混凝土收縮徐變函數(shù)定義這里輸入非0正值即可，建立模型后通過(guò)程序自動(dòng)修主梁截面為變截面箱梁，共有兩個(gè)控制截面，一個(gè)是跨中截面，一是支座位置處截面。以跨中截面和支座處截面定義變截面。截面列表如圖6所示。其中跨中截面和支座截面在前面的結(jié)構(gòu)描述中都有圖示?！翱缰?支座”以及“支座-跨中”的變截面定義通過(guò)分別導(dǎo)入跨中截面和支座截面來(lái)定義就可以了。如圖6所示。圖6-1截面列表I圖6-2跨中-支座段變截面寮先用戶步也荀機(jī)而FD中需-*xa 七寸一丁不飛學(xué)店鑿制止建什*由上田向環(huán)尺寸展L中工部在入截晨31rL

4、工工&零檔值.圖6-3支座-跨中段變截面2、建立上部梁?jiǎn)卧①x予單元截面屬性建立橋梁模型時(shí)，如果要同時(shí)進(jìn)行施工階段分析，要針對(duì)施工的特點(diǎn)建立有限元模型，例題中所示結(jié)構(gòu)按照懸臂法施工,懸臂施工段為每段3ml因此在建立,g型時(shí)考慮按1.5m或3m長(zhǎng)度單元建立模型，本例題中主梁是直梁結(jié)構(gòu)，因此建模方式可選性很廣，可以通過(guò)擴(kuò)展單元的方式建立、或者從AutoCAD導(dǎo)入已劃分節(jié)段的主梁中心線、或者通過(guò)逐個(gè)建立單元的方式，這里采用擴(kuò)展單元的方式建立一半主梁，然后通過(guò)鏡像單元生成另一半主梁。首先在（0,0,0）位置上建立主梁端部節(jié)點(diǎn)，然后通過(guò)對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展生成左半部主梁結(jié)構(gòu)。如下圖所示一一i1.A里無(wú)立再上

5、年寬顯力大：UniujE_djA日-呻點(diǎn)起數(shù)號(hào)斤廠：餐星節(jié)點(diǎn)- 收元自春.F卬（反任1J三尻強(qiáng)女空前內(nèi)北阻 腹甥 L.n.擴(kuò)展單元時(shí)輸入的問(wèn)fe早元在押號(hào)圖7擴(kuò)展生成左半邊主梁然后對(duì)生成的左半邊主梁進(jìn)行鏡像生成另一半主梁，如下圖所示,節(jié)立聿元I遙里工件哥旱山致鏡觸星品日起茹號(hào)石立茂冏金中旗附號(hào);超不田更閭就像千面1丁m干石；5rr卡平而e.HF干司必,由三點(diǎn)定只緇平面F利號(hào)的嘮號(hào)通過(guò)選擇反轉(zhuǎn)單元坐標(biāo) 系保證鏡像生成的單元和源單年度號(hào)的晞幅交砂副I-節(jié)點(diǎn)L底|一片匐節(jié)當(dāng)醫(yī)性二耳匐單元序性7。左轉(zhuǎn)單徒有或L含弁時(shí)在專(zhuān)戶演著圖8鏡像生成另一半主梁生成全橋單元后，因?yàn)橛社R像生成的梁?jiǎn)卧木幪?hào)順序也是鏡

6、向的，因此要對(duì)所有梁?jiǎn)卧M(jìn)行重新編號(hào)，以便于后續(xù)的單元選擇（保證單元編號(hào)有規(guī)律的連續(xù)性對(duì)單元的選擇操作很有幫助）上述步驟生成全橋單元時(shí)使用的是跨中截面，因此對(duì)生成的全橋單元應(yīng)根據(jù)其實(shí)際對(duì)應(yīng)的截面信息修改單元的截面信息，可以通過(guò)修改單元參數(shù)修改單元信息，也可以通過(guò)MIDASt有的拖放功能賦予單元截面信息，這里以拖放的方式賦予每段單元實(shí)際的截面信息。首先選擇支座附近單元，修改其截面類(lèi)型為“支座”截面，打開(kāi)單元編號(hào)顯示，選擇單元“18to20,43to45，如下圖栗色驗(yàn)器411任!-自牯住IE，二國(guó)揩用士國(guó)1主推匡2明蛻想-0d惘1低酎小l必j=O現(xiàn)他卻受端峰ChimC晶時(shí)間洋存H忖N連蛋1 1河M

7、三足：喏奔中更閘!Z 3碼中-大至工4支坐-背？*訪呼4沖4命克多, Ea彈作運(yùn)接R年靜力德裁-山；與荀虹說(shuō)1 自正域呼取單元件.方時(shí)圖靴位：憶工通過(guò)拖放功能對(duì)選擇的單 元修改其截面信息- I-1卜0加方街缸詛21預(yù)火力；teifiy- 七1特力白曲J血3也坐標(biāo)宓為昌同扉刀蒼虹山口t混或_立直.捱文監(jiān)t膜- 看小胃異注?：WI+P班鼻死狀：見(jiàn)士tSdjirtr1段雁麗毗曄C1“m.- H卒Wi圖9拖放功能修改支座附近單元的截面信息同樣的方法，選擇單元“9to17,34to42”，將截面“3:跨中-支座”拖放至模型窗口，得到如下圖所示的模型一一圖10修改截面高度由低變高段（跨中-支座）同樣的方法

8、，選擇單元“21to29,46to54”，將截面“4:支座-跨中”拖放至模型窗口，得到如下圖所示的模型一一圖11修改截面高度由低變高段（支座-跨中）賦予變高梁段變截面信息后，發(fā)現(xiàn)橋梁模型顯示都是鋸齒狀，此時(shí)需要將同類(lèi)的變截面定義為一個(gè)變截面組，保證單元截面變化的連續(xù)性。在樹(shù)形菜單雙擊“跨中-支座”，在變截面組信息中定義名稱(chēng)為“跨中-支座”，z軸變化選擇2項(xiàng)式變化，對(duì)稱(chēng)軸為單元組的i端；圖12-1變截面組“跨中-支座”定義圖示在樹(shù)形菜單雙擊”支座-跨中”，在變截面組信息中定義名稱(chēng)為“支座-跨中，z軸變化選擇2項(xiàng)式變化，對(duì)稱(chēng)軸為單元組的j端；3、定義結(jié)構(gòu)組并賦予結(jié)構(gòu)組單元信息結(jié)構(gòu)組名稱(chēng)及結(jié)構(gòu)組單元

9、信息如下表所示結(jié)構(gòu)組名稱(chēng)結(jié)構(gòu)組所含單元結(jié)構(gòu)組名稱(chēng)結(jié)構(gòu)組所含單元左支座處梁段17to21橋梁段2-33949右支座處梁段42to46橋梁段2-43850橋梁段1-11622橋梁段2-53751橋梁段1-21523橋梁段2-63652橋梁段1-31424橋梁段2-73553橋梁段1-41325橋梁段2-83454橋梁段1-51226橋梁段2-93355橋梁段1-61127左邊跨合龍段7橋梁段1-71028跨中合龍段3132橋梁929右邊跨合56段1-8龍段橋梁段1-9830左側(cè)滿堂支架區(qū)段1to6橋梁段2-14147右側(cè)滿堂支架區(qū)段57to62橋梁段2-24048所有合龍段7313256橋梁主梁1

10、to62*注：“左支座處梁段”、“右支座處梁段”、“左側(cè)滿堂支架區(qū)段”、“右側(cè)滿堂支架區(qū)段”還應(yīng)包括在步驟4中建立的支座節(jié)點(diǎn)。建立好模型后，就可以對(duì)執(zhí)行程序自動(dòng)修改構(gòu)件理論厚度的功能了。如圖選擇所有梁?jiǎn)卧?，在“模型材料和截面特性修改時(shí)間依存材料特性”中選擇修改構(gòu)件理論厚度一一忙小 隼元 口季器件擊隹 百載修改單元的M科網(wǎng)間也軒閽生,E超始號(hào) 節(jié)耳妃昨看 單元起始號(hào)琵海加腐Il JIM III am nr且三值存用日精性府知婢褫篁6咐曲 wLnlaLi 工恥一H 心加）W15相件的迎相厚度口. 67。，Q0強(qiáng)詢(xún)庭度,的1 00占 八、:星尼丹度口. 601 00理論厚度0.013. 00擊得到珀

11、人工用理顯瘴度 理論厚度D. H10.61U. UUD. 00也的強(qiáng)愴庫(kù)廢C. 6J3. M22利件的港施恩境0.593. 0023構(gòu)伸抑理論厚度0,5?a. oo24相忤的理證層.度, &J瓦GD23構(gòu)件的褒論厚度0, E2口，0023枸什的評(píng)論厚宏1 Q021藥件的理論庠層18D. 00樹(shù)件的理論厚度Q. 431 002B構(gòu)件的女詢(xún)醺戾54耳a. QD-3D枸件的理論回明3 471 GO構(gòu)件前用臉里呼0.4T.GO32樹(shù)件的媚論厚度C. 171 00枸件的理論厚度 構(gòu)件的嗔屹厚曳C, 47D. 00| .八 . (JU35構(gòu)竹的翌能厚度C.433. 00出4上熱二13 Wn dnn ah島

12、事單元假存材料野性圖13修改構(gòu)件理論厚度4、定義邊界組并定義邊界條件邊界采用一般支承來(lái)模擬，因?yàn)榻孛孢x擇的是頂對(duì)齊，因此需要在梁底支座支承的位置處建立支座節(jié)點(diǎn)，然后將支座節(jié)點(diǎn)和主梁節(jié)點(diǎn)通過(guò)彈性連接剛性連接起來(lái)。選擇中部節(jié)點(diǎn)19、20、44、45,選擇節(jié)點(diǎn)復(fù)制移動(dòng)，對(duì)選擇的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)向下復(fù)制5.9m,生成新節(jié)點(diǎn)6467;選擇邊跨端部節(jié)點(diǎn)1和63,選擇節(jié)點(diǎn)復(fù)制移動(dòng)，對(duì)選擇的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)向下復(fù)制3.05m,生成新節(jié)點(diǎn)68、69。(新生成的支座節(jié)點(diǎn)要按照步驟3的注釋中說(shuō)明的將節(jié)點(diǎn)放置在對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)組中。)定義邊界組和邊界信息如下表所示邊界組名稱(chēng)支座約束支座與主梁約束股支承適用支座節(jié)點(diǎn)彈性連接適用節(jié)點(diǎn)支承111

13、11164to67性剛19-64,20-65,44-66,45-67邊跨左10001168性剛1-68邊跨右10001169性剛63-69得到結(jié)構(gòu)的邊界條件如下圖所示*注：約束、荷載及其他模型中內(nèi)容可以在“視圖顯示中定義顯示，如上述邊界條件的顯示,在顯示菜單中選擇要顯示內(nèi)容進(jìn)行顯示即可一一5、定義荷載工況和荷載組荷載工況和荷載組定義如下表所示號(hào)編荷載工況名稱(chēng)荷載類(lèi)型組荷載說(shuō)明1自重施工階段荷載(CS)自重結(jié)構(gòu)自重2預(yù)應(yīng)力施工階段荷載(CS)鋼束1-0to鋼束1-9鋼束2-0to鋼束2-9合攏段鋼束1to3不同施工階段對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼束的預(yù)應(yīng)力3掛籃重施工階段荷載(CS)掛籃1to9模架移動(dòng)裝置換算

14、向載4合攏段掛籃重施工階段荷載(CS)合攏段掛籃1,2-1,2-2,3模架移動(dòng)裝置換算向載6、定義施工階段本模型采用懸臂澆注施工方法，從施工零號(hào)塊開(kāi)始，對(duì)稱(chēng)澆注兩端懸臂段，直至全橋合龍，共分12個(gè)施工階段。施工階段信息如下表所示一一施工階段名稱(chēng)結(jié)構(gòu)組邊界組向載組激活化鈍激活化鈍激活鈍化1-零號(hào)塊施工左、右支座處梁段一一支承一一自重，掛籃1,鋼束1-0,鋼束2-0一一2-懸澆1橋梁段1-1,橋梁段2-1一一一一掛籃2,鋼束1-1,鋼束2-1掛籃13-懸澆2橋梁段1-2,橋梁段2-2一一一一掛籃3,鋼束1-2,鋼束2-2掛籃24-懸澆3橋梁段1-3,橋梁段2-3一一一一掛籃4,鋼束1-3,鋼束2-

15、3籃35-懸澆4橋梁段1-4,橋梁段2-4一一一一掛籃5,鋼束1-4,鋼束2-4籃46-懸澆5橋梁段1-5,橋梁段2-5一一一一掛籃6,鋼束1-5,鋼束2-5籃57-懸澆6橋梁段1-6,橋梁段2-6一一一一掛籃7,鋼束1-6,鋼束2-6籃68-懸澆7橋梁段1-7,橋梁段2-7一一一一掛籃8,鋼束1-7,鋼束2-7籃79-懸澆8橋梁段1-8,橋梁段2-8一一一一掛籃9,鋼束1-8,鋼束2-8籃810-懸澆9橋梁段1-9,橋梁段2-9一一一一合龍段掛籃1、2-1、2-2、3,鋼束1-9,鋼束2-9籃911-邊跨合龍一一左、右邊跨一一合龍段鋼束1、3,龍段掛籃1、312-中跨合龍一一一一合龍段鋼束2

16、,龍段掛籥2-1、2-27、分階段定義荷載信息本例題主要模擬5種荷載作用：結(jié)構(gòu)自重、掛籃荷載、預(yù)應(yīng)力荷載、混凝土收縮徐變荷載、公路一級(jí)車(chē)道荷載。以上5種荷載，除收縮徐變由程序根據(jù)已定義的收縮徐變函數(shù)自動(dòng)計(jì)算外，其他的都要定義荷載信息。下面分述如下一一1）自重：在荷載中選擇自重，按照下圖指定荷載工況名稱(chēng)、荷載組、自重系數(shù)添加即可程序根據(jù)自重系數(shù)、當(dāng)前施工階段結(jié)構(gòu)模型2）掛籃荷載：主梁合龍前，在懸臂端都有掛籃荷載的作用，由于結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)施工，而且結(jié)構(gòu)本身也是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，因此施工過(guò)程中的等效掛籃荷載也是對(duì)稱(chēng)的。在這里通過(guò)節(jié)點(diǎn)荷載來(lái)模擬。掛籃作用在懸臂端外2.452m處m處，掛籃換算荷載為10KN及附力口

17、彎矩24.52KNm以第一階段掛籃1為例，定義掛籃荷載如下圖所示一一選擇顯示第一施工階段，然后選擇兩個(gè)零號(hào)塊的右端節(jié)點(diǎn)22和47,選擇荷載工況為“模架移動(dòng)裝置”，荷載組選擇“掛籃1”，添加節(jié)點(diǎn)荷載值Fz=-10KN,My=24.52KNr用，然后再選擇節(jié)點(diǎn)17和42,選擇荷載工況為“模架移動(dòng)裝置”，荷載組選擇“掛籃1”，添加節(jié)點(diǎn)荷載值Fz=-10KN,My=-24.52KNm適用。3）預(yù)應(yīng)力荷載：定義預(yù)應(yīng)力荷載分三步驟，鋼束特性值一一鋼束布置形狀一一鋼束預(yù)應(yīng)力荷載。鋼束布置形狀只能在基本狀態(tài)下添加，而預(yù)應(yīng)力荷載可以在施工階段添加。例題中的結(jié)構(gòu)頂板和底板均配預(yù)應(yīng)力鋼束，因此涉及兩種鋼束特性值，如

18、下圖所示鋼束布置形狀首先定義一對(duì)頂板束和一對(duì)底板束作為標(biāo)準(zhǔn)鋼束，其他位置的鋼束通過(guò)鋼束的復(fù)制移動(dòng)功能生成。將第一施工階段頂板束作為頂板的標(biāo)準(zhǔn)束。底板束采用第11階段邊跨合龍時(shí)的左側(cè)底板束作為底板標(biāo)準(zhǔn)束。*注：只有“單元”類(lèi)型鋼束支持復(fù)制移動(dòng)鋼束時(shí)重新分配單元以及根據(jù)分配單元長(zhǎng)度自動(dòng)調(diào)整鋼束長(zhǎng)度的功能。所以選擇鋼束坐標(biāo)軸為“單元”類(lèi)型，方便使用鋼束的復(fù)制移動(dòng)功能建立其他鋼束形狀。其他鋼束形狀的建立通過(guò)鋼束復(fù)制移動(dòng)建立，復(fù)制鋼束時(shí)最重要的是要保證鋼束位置準(zhǔn)確。頂板束1-2:在鋼束布置形狀中選擇鋼束頂板束1-1”，建立第二階段頂板束一一*注：如果選擇了“自動(dòng)調(diào)整鋼束長(zhǎng)度”功能，程序根據(jù)重新分配單元的

19、長(zhǎng)度通過(guò)調(diào)整鋼束的直束部分來(lái)調(diào)整建立新鋼束。然后對(duì)復(fù)制生成的鋼束名稱(chēng)更名為頂板束01-02。重新分配單元編號(hào)可通過(guò)查看每個(gè)施工階段主梁段的單元編號(hào)即可。對(duì)于頂板上的鋼束形狀可以通過(guò)復(fù)制功能很快的生成，鋼束復(fù)制移動(dòng)的時(shí)候可以一次復(fù)制或移動(dòng)生成多根鋼束，以頂板束01-01為例，以此鋼束為源鋼束，可以一次性生成主梁頂部所有靠近主梁右側(cè)的鋼束。如下圖所示一一之料,挪中二-電1彳口可R正中TH-篙審 E亭中 ;時(shí)缸:m利oi .蚓?中 丁心電.：川長(zhǎng)和舛四也中 喈雷和劃一復(fù)科D3現(xiàn)/主 度j值苑114n=：朗皿網(wǎng)棲爆 鼻欣更匚LP卜復(fù)制磔 血而里C工昨融LPb復(fù)岫8頂?shù)苁徊秽?匠險(xiǎn)底怪走L-01底晟臣

20、 隸的陟匠圖更I期 底裁中15m心目QTQ 17til IF零JL A選擇多組重新分配單元和對(duì) 應(yīng)的單元插入點(diǎn)添加即可一次性定 義多根鋼束布置形狀。對(duì)于生成的鋼 束程序自動(dòng)生成鋼束名稱(chēng)，如果需要在復(fù)制底板束時(shí)，僅通過(guò)對(duì)源鋼束形狀的復(fù)制移動(dòng)對(duì)于變高度梁?jiǎn)卧牡装迨遣蛔愕?，還需要使用鋼束布置形狀中的另一項(xiàng)功能，即程序根據(jù)底板變化形狀自動(dòng)調(diào)整鋼束在X向的布置形狀對(duì)上述定義好的底板束中, 改動(dòng)方式如下圖所示，顯然底板鋼束布置形狀在右側(cè)深入主梁內(nèi)部的z向位置偏上，需要按鋼束深入到變截面單元10及其后面單元的鋼束，其形狀需作改動(dòng),定義好鋼束布置形狀后，就可以定義鋼束預(yù)應(yīng)力荷載了，這項(xiàng)內(nèi)容建議在施工階段執(zhí)

21、行。如第一施工階段要張拉零號(hào)塊頂板兩根鋼束，在階段顯示第一施工階段，然后選擇荷載預(yù)應(yīng)力荷載鋼束預(yù)應(yīng)力，荷載工況選擇“預(yù)應(yīng)力”，荷載組選擇鋼束1-0,如下圖所示一一4）公路一級(jí)車(chē)道荷載：按照“選擇移動(dòng)荷載規(guī)范一一定義車(chē)道一一定義車(chē)道一一定義移動(dòng)荷載工況”的順序定義移動(dòng)荷載。移動(dòng)荷載屬于成橋荷載，必須在基本狀態(tài)下定義。在定義車(chē)道時(shí)，可以指定車(chē)輪間距，來(lái)模擬車(chē)輛或車(chē)道的三維布載形式，如果車(chē)輪間距輸入為0,則該荷載即為規(guī)范規(guī)定的等效二維荷載。Tt上跖主通4哨七動(dòng)方向向前向后詵隆批掙琬總思群點(diǎn)為 t出葉性度G.) 0 戔L彳單元FTft注：圖中綠色圓點(diǎn)標(biāo)志即為 荷載加載位置，程序默認(rèn)在單元的 二分點(diǎn)上加載，如果增大要求加載 密度，可以在“分析移動(dòng)荷栽分電洞通定8、分析及后處理查看定義好以上各項(xiàng)荷載后，就可以選擇執(zhí)行分析了，但在進(jìn)行分析計(jì)算之前，