MIDAS預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工階段分析

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預(yù)應(yīng)力混凝土梁的施工階段分析

概要

橋梁概況及一般截面預(yù)應(yīng)力混凝土梁的分析順序使用的材料及其容許應(yīng)力荷載

設(shè)置操作環(huán)境定義材料和截面

定義截面

定義材料的時間依存性并連接

建立結(jié)構(gòu)模型12定義結(jié)構(gòu)組、邊界條件組和荷載組13輸入邊界條件16輸入荷載17輸入恒荷載18輸入鋼束特性值19輸入鋼束形狀20輸入鋼束預(yù)應(yīng)力荷載23定義施工階段25輸入移動荷載數(shù)據(jù)30運行分析34查看分析結(jié)果35通過圖形查看應(yīng)力35定義荷載組合39利用荷載組合查看應(yīng)力40查看鋼束的分析結(jié)果44查看荷載組合條件下的內(nèi)力471

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概要

本例題使用一個簡單的兩跨連續(xù)梁模型（圖1）來重點介紹MIDAS/Civil的施工階段分析功能、鋼束預(yù)應(yīng)力荷載的輸入方法以及查看分析結(jié)果的方法等。主要包括分析預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)時定義鋼束特性、鋼束形狀、輸入預(yù)應(yīng)力荷載、定義施工階段等的方法，以及在分析結(jié)果中查看徐變和收縮、鋼束預(yù)應(yīng)力等引起的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和內(nèi)力變化特性的步驟和方法。

圖1.分析模型

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橋梁概況及一般截面

分析模型為一個兩跨連續(xù)梁，其鋼束的布置如圖2所示，分為兩個階段來施工。橋梁形式：兩跨連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋梁長度：L=2@30=60.0m圖2.立面圖和剖面圖

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預(yù)應(yīng)力混凝土梁的分析步驟

預(yù)應(yīng)力混凝土梁的分析步驟如下。

1.2.3.

定義材料和截面建立結(jié)構(gòu)模型輸入荷載

恒荷載鋼束特性和形狀鋼束預(yù)應(yīng)力荷載

4.5.6.7.定義施工階段輸入移動荷載數(shù)據(jù)運行結(jié)構(gòu)分析查看結(jié)果

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使用的材料及其容許應(yīng)力

混凝土

設(shè)計強度：fck=400kgf/cm2初期抗壓強度：fci=270kgf/cm2

彈性模量：Ec=3,000Wc1.5√fck+70,000=3.07105kgf/cm2容許應(yīng)力：

預(yù)應(yīng)力鋼束(KSD7002SWPC7B-Φ15.2mm(0.6strand)

屈服強度：fpy=160kgf/mm2→Py=22.6tonf/strand抗拉強度：fpu=190kgf/mm2→Pu=26.6tonf/strand截面面積：Ap=1.387cm2彈性模量：Ep=2.0106kgf/cm2張拉力：fpi=0.7fpu=133kgf/mm2錨固裝置滑動：s=6mm磨擦系數(shù)：=0.30/radk=0.006/m容許應(yīng)力

張拉時的最大應(yīng)力0.9f=144kgf/mm2

錨固瞬間(f)0.7f=133kgf/mm2

應(yīng)力損失后使用狀態(tài)0.8f=128kgf/mm2

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荷載

恒荷載

自重

在程序中按自重輸入

預(yù)應(yīng)力

鋼束(φ15.2mm31(φ0.6-31))

截面面積:Au=1.38731=42.997cm2孔道直徑:133mm張拉力:抗拉強度的70%

fpj=0.7fpu=13,300kgf/cm2Pi=Aufpj=405.8tonf張拉后的瞬間損失（程序自動計算）

摩擦損失:P(X)=P0e(α+kL)

=0.30,k=0.006

錨固裝置滑動引起的損失:Ic=6mm彈性收縮引起的損失:損失量PE=fPASP最終損失（程序自動計算）

鋼束的松弛（Relaxation）徐變和收縮引起的損失

徐變和收縮

條件

水泥:普通硅酸鹽水泥

長期荷載作用時混凝土的材齡:to=5天混凝土與大氣接觸時的材齡:ts=3天相對濕度:RH=70%大氣或養(yǎng)護溫度:T=20C適用規(guī)范:CEB-FIP徐變系數(shù):程序計算混凝土收縮變形率:程序計算

活荷載

適用規(guī)范：城市橋梁設(shè)計荷載規(guī)范荷載種類：C-AL

C-AD(20)

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設(shè)置操作環(huán)境

單位體系還可以通

過點擊畫面下端狀態(tài)

條的單位選擇鍵

()來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

開啟新文件(

新項目)，以‘PSCbeam’為名保存(保存)。

將單位體系設(shè)置為‘tonf’和‘m’。該單位體系可根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的種類任意轉(zhuǎn)換。

File/NewProject

File/

Save(PSCbeam)

Tools/UnitSystem

Lengthm;Forcetonf

圖3.設(shè)置單位體系

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定義材料和截面

下面定義PSCbeam所使用的混凝土和鋼束的材料特性。

Model/Properties/

Material

T

ype

Concrete;StandardKS-civil(RC)

同時定義多種材料

特性時，使用

鍵可以連續(xù)輸入。

DBC400

Name(Tendon);TypeUserDefined;StandardNoneAnalysisData

ModulusofElasticity(2.1e7)

圖4.定義材料對話框

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定義截面

PSCbeam的截面使用比較簡單的矩形截面來定義。

Model/Properties/

Section

DB/UserSectionID(1);Name(Beam)SectionTypeSolidRectangleUserH(3);B(2)OffsetCenter-Bottom

圖5.定義截面的對話框

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定義材料的時間依存性并連接

為了考慮徐變、收縮以及抗壓強度的變化，下面定義材料的時間依存特性。材料的時間依存特性參照以下數(shù)據(jù)來輸入。

28天強度:fck=400kgf/cm2相對濕度:RH=70%

理論厚度:1.2m(2Ac/u=2x6/10=1.2)混凝土種類:普通水泥(N.R)拆模時間:3天

Model/Property/

TimeDependentMaterial(CreepShrinkage)

Name(Creep/Shrinkage);CodeCEB-FIP

Compressivestrengthofconcreteattheageof28days(4000)Relativehumidityofambientenvironment(40~99)(70)

截面形狀比較繁雜時，

可使用模型材料和街面特

Notationalsizeofmember(1.2)

TypeofcementNormalorrapidhardeningcements(N,R)Ageofconcreteatthebeginningofshrinkage(3)

圖6.定義材料的徐變和收縮特性

性值修改單元材料時間依

存特性的功能來輸入h

值。

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混凝土澆筑后隨時間變化而逐漸硬化，時間越長其強度越大。本例題根據(jù)CEB-FIP所規(guī)定的混凝土強度發(fā)展函數(shù)考慮了混凝土的這一特性。

Model/Property/

TimeDependentMaterial(Comp.Strength)

Name(Comp.Strength);TypeCodeDevelopmentofStrengthCodeCEB-FIP

ConcreteCompressiveStrengthat28Days(S28)(4000)

圖7.定義隨時間變化的混凝土強度發(fā)展函數(shù)

CementType(a)(N,R:0.25)

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參照圖8將一般材料特性和時間依存材料特性相連接。即，將時間依存材料特性賦予相應(yīng)的材料。

Model/Property/

TimeDependentMaterialLink

Comp.StrengthComp.Strength

SelectMaterialforAssignMaterials

圖8.連接時間依存材料特性

1:C400

SelectedMaterials

TimeDependentMaterialTypeCreep/ShrinkageCreep/Shrinkage

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建立結(jié)構(gòu)模型

利用建立節(jié)點和擴展單元的功能來建立單元。

PointGrid(off);FrontView;ModelNodes

PointGridSnap(off);

LineGridSnap(off)

AutoFittingCreateNodesExtrudeElements

Coordinates(0,0,0)ModelElements

SelectAll

ExtrudeTypeNodeLineElement.

ElementTypeBeam;Material1:C400;Section1:BeamGeneralTypeTranslate

TranslationEqualDistancedx,dy,dz(2,0,0)NumberofTimes(30)圖9.建立幾何模型

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定義結(jié)構(gòu)組、邊界條件組和荷載組

為了進(jìn)行施工階段分析，將在各施工階段(constructionstage)所要激活和鈍化的單元和邊界條件定義為組，并利用組來定義施工階段。

圖10.定義結(jié)構(gòu)組(StructureGroup)

為了利用橋梁內(nèi)

力圖功能查看分析結(jié)

果而將其定義為組。

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新建邊界組

邊界組名稱的建立方法如下。

圖11.建立邊界組(BoundaryGroup)

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新建荷載組

恒荷載組和預(yù)應(yīng)力荷載組名稱的新建方法如下。

圖12.建立荷載組(LoadGroup)

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輸入邊界條件

邊界條件的輸入方法如下。

ElementNumber(off);Model/Boundary/Supports

SelectSingle(Nodes:1)BoundaryGroupNameB-G1OptionsAdd

SupportTypeDy,Dz,Rx(on)SelectSingle(Nodes:16)BoundaryGroupNameB-G1OptionsAdd

SupportTypeDx,Dy,Dz,Rx(on)SelectSingle(Node