88MIDAS例题―4X30连续梁

4×30m连续梁结构分析对4*30m结构进行分析的第一步工作是对结构进行分析，确定结构的有限元离散，确定各项参数和结构的情况，并在此基础上进行建模和结构计算。建立斜连续梁结构模型的详细步骤如下。1.设定建模环境2.设置结构类型3.定义材料和截面特性值4.建立结构梁单元模型5.定义结构组6.定义边界组7.定义荷载组8.定义移动荷载9.定义施工阶段10.运行结构分析11.查看结果12.psc设计13.取一个单元做横向分析概要：在城市桥梁建设由于受到地形、美观等诸多方面的限制，连续梁结构成为其中应用的最多的桥梁形式。同时，随着现代科技的发展，连续梁结构也变得越来越轻盈，更能满足城市对桥梁的景观要求。本文中的例子采用一座4×30m的连续梁结构（如图1所示）。1、桥梁基本数据桥梁跨径布置：4×30m＝120；桥梁宽度：0.25m（栏杆）＋2.5m（人行道）＋15.0m（机动车道）＋2.5m（人行道）+0.25（栏杆）＝20.5m；主梁高度：1.6m；支座处实体段为1.8m；行车道数：双向四车道＋2人行道桥梁横坡：机动车道向外1.5％，人行道向内1.5％；施工方法：满堂支架施工；图11/2全桥立面图和1.6m标准断面2、主要材料及其参数2.1混凝土各项力学指标见表1表1C50C40C25弹性模量（MPa）345003250028000剪切模量（MPa）138001300011200泊桑比0.20.20.2轴心抗压强度标准值（MPa）32.426.816.7轴心抗拉强度标准值（MPa）2.652.401.78轴心抗压强度设计值（MPa）22.418.411.5轴心抗拉强度设计值（MPa）1.831.651.23热膨胀系数0.000010.000010.000012.2低松弛钢绞线（主要用于钢筋混凝土预应力构件）直径：15.24mm弹性模量：195000MPa标准强度：1860MPa抗拉强度设计值：1260MPa抗压强度设计值:390MPa张拉控制应力：1395MPa热膨胀系数：0.0000122.3普通钢筋采用R235、HRB335钢筋，直径：8～32mm弹性模量：R235210000MPa/HRB335200000MPa标准强度：R235235MPa/HRB335335MPa热膨胀系数：0.0000123、设计荷载取值：3.1恒载：一期恒载包括主梁材料重量，混凝土容重取25KN/m3。二期恒载：人行道、护栏及桥面铺装等（该桥梁上不通过电信管道、水管等）。其中：桥面铺装：采用10cm的沥青混凝土铺装层；沥青混凝土安每立方24kN计算，则计算铺装宽度为15m，桥面每米铺装沥青混凝土重量为：0.16×24×15＝57.6kN/m；强度等级项目人行道：人行道按照每侧18KN/m考虑；栏杆：按照每侧每米470kg计算，即按照4.7kN/m；二期恒载合计：85kN/m3.2活载车辆荷载：公路Ⅰ级；人群荷载：3.0kN/m2；（根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》第27页4.3.5条第一款的规定：当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为3.0kN/m2；）3.3温度力①系统温度：升温25℃、降温－15℃；②箱梁截面上下缘温度梯度变化参考新规范（《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004））第4.3.10条取用。图2竖向梯度温度（梁截面温度）3.4不均匀沉降考虑到桩均为嵌岩桩，所以在本计算算例中不考虑支座沉降的问题。3.5强度发展强度发展采用CEB-FIP规范的公式：5.028281expeqtsStf，式中：28S表示混凝土的28天强度；eqt时间参数；s表示水泥种类，早强高强水泥选0.2，一般水泥或早强水泥选0.25，缓凝水泥选0.38。4、结构有限单元离散在4×30连续梁结构计算分析中，考虑到结构的受力特点（主梁为预应力结构、桥墩为普通钢军混凝土结构）分别建模计算分析，在此文本中仅考虑预应力混凝土梁的结构分析，建模时仅建主梁模型，桥墩及基础等均不在建模计算范围内。一、设定建模环境为了做连续梁施工阶段和成桥阶段分析首先打开新项目“4×30连续梁”为名保存文件，开始建立模型。单位体系设置为“m”和“N”。该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意更换。文件/新项目文件/保存(4×30连续梁)工具/单位体系长度＞m；力＞N图3设定建模环境及单位体系二、设置结构类型由于是连续梁结构，所以在做结构计算的时候没有必要选择3-D分析，只需要考虑平面分析即可以，这样即可以减少在定义约束条件时出现的问题，同时又能保证结构设计的质量。模型结构类型----结构类型（X-Z平面）将结构的自重转换为自重（按集中质量考虑转换到Z）图4设置结构类型三、定义材料和截面特性值1、定义材料输入主梁的材料特性值。在材料和截面对话框中选择材料表单点击按钮。模型/材料和截面特性/材料材料号：1名称：(C50)设计类型：混凝土混凝土：规范：（JTG04(RC)）数据库：C50按上述方法参照表1输入混凝土和预应力钢绞线的材料特性值。表1.材料特性值序号项目设计类型规范数据库1C50混凝土混凝土JTG04(RC)C502预应力钢绞线钢材JTG04(S)Strand1860图5定义材料特性值1图6定义材料特性值2定义时间依存性材料（收缩和徐变）模型/材料和截面特性/时间依存性材料（收缩和徐变）/添加/名称：C50混凝土；设计规范：china（JTGD62-2004）28天强度：50N/mm2；环境年平均相对湿度：70％；构件理论厚度：1000mm；水泥种类系数：5；收缩开始时的混凝土龄期：3天；点击：按钮。图7定义时间依存性材料定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。定义时间依存性材料（抗压强度）模型/材料和截面特性/时间依存性材料（强度）/添加/名称：C50；类型：设计规范；强度发展――规范：CEB-FIP；混凝土28天抗压强度：50N/mm2；水泥类型：N,R:0.25点击按钮图8定义时间依存材料（抗压强度）时间依存性材料连接：徐变和收缩：C50混凝土；强度进展：C50；选择指定材料：C50混凝土，点击按钮；操作：点击按钮图9时间依存性材料连接2、定义截面特性值输入预应力混凝土梁的截面特性值。在材料和截面特性对话框的截面表单选择按钮。图10定义截面在该连续梁中，截面高度是变化的，同时底板和肋的厚度也是变化的，故在做设计时候先定义标准的等截面，然后再定义变截面。截面/添加---/设计截面/单箱多室2截面号：1名称：实体段对称（√）室数（3）板宽（20.5）m室类型：多变形外轮廓尺寸H01（0.15m）；H02（0.3m）；H04（1.35m）B01（2.5m）B03（0.43）B04(4.82)内轮廓尺寸HI1（0.85m）HI6（0.85m）BI1（2.5m）BI6（2.3m）点击图11实体段标准截面其余各截面的输入见图12～16所示（具体截面参数见结构参数示意图）。图127号截面（等截面区截面）图133号截面图144号截面图155号截面图168号截面由于有一部分结构为变截面，所以需要定义变截面，具体操作步骤如下：截面//变截面/单箱多室2然后根据各梁段的两端的截面在I、J端相应的选择截面型号；定义3－4变截面的步骤如下：I端：图17变截面输入（I端）J端：图18变截面输入J端由此定义变截面3－4，4－3，4－5，5－4，5－7，7－5，5－8，8－5，3－8，8－3，具体各数字对应的截面位置参照结构图（图1所示）。四、建立结构有限元模型1、建立节点模型/节点/建立节点/坐标（0，0，0）；复制次数（0）；距离（0，0，0）然后点击：按钮；2、建立梁单元模型选择节点后利用扩展功能建立主梁上部梁单元模型/单元/扩展单元扩展类型：节点－线单元；单元类型：梁单元；材料：1－C50混凝土；截面1－实体段（1号截面）；生成形式：复制和移动；复制和移动：，dx，dy，dz（0.4，0，0）；复制次数：1次；点击，选择节点1，然后点击按钮；图19建立有限单元模型然后按照此步骤逐步往下建立整个结构的有限元模型，各有限元模型单元的长度见表3。最后建立的的有限元模型如图20所示。表3单元长度及序号单元号长度(m)单元号长度(m)单元号长度(m)单元号长度(m)10.4211.0401.0591.020.8220.6410.6600.630.6230.4420.4610.441.4242.0432.0622.051.0252.0442.0632.062.0262.0452.0642.072.0272.0462.0651.882.0282.0472.0662.092.0292.0482.0672.0102.0302.0492.0682.0112.0312.0502.0692.0122.0322.0512.0702.0132.0332.0522.0712.0141.8342.0532.0722.0152.0352.0542.0732.0162.0362.0552.0741.0172.0370.4560.4751.4180.4380.6570.6760.6190.6391.0581.0770.8201.0780.4图20有限元模型3、复制整个结构的节点操作步骤如下：模型/节点/复制和移动图21复制和移动节点1点击：按钮；形式：复制（）；复制和移动：等间距（），dx，dy，dz（0，0，-1000）mm;点击：适用按钮。图22复制和移动节点2修改单元依存材料特性五、定义结构组对连续梁结构进行施工阶段分析，需要对结构进行结构组的定义；根据本结构的特点（预应力混凝土连续梁结构）和施工特点（满堂支架施工），故确定建立如下两个结构组：jg和mt。具体操作步骤如下：模型/组/定义结构组名称：jg，然后点击按钮；名称：mt，然后点击按钮；图23确定结构组所包含的单元：点击树形菜单/组/结构组左键点击组名jg，然后点击按钮；进入操作空间，左键按住，然后选择1～78号单元，具体操作步骤如下：图24然后确定mt组的结构：左键点击组名mt，然后点击按钮；进入操作空间，左键按住，然后选择80～158号节点，具体操作步骤如下图所示：图25六、定义边界组对连续梁结构进行施工阶段分析，需要对结构进行边界组的定义；根据本结构的特点（预应力混凝土连续梁结构）和施工特点（满堂支架施工），故确定建立如下两个边界组：gd和mt；具体操作步骤如下：模型/组/定义边界组名称：gd，然后点击按钮；名称：mt，然后点击按钮；图26重复上述步骤，建立mt边界组。定义边界条件：分析模型的边界条件如下。3号墩:固定端(Dx,,Dz)1、2、4、5号墩:铰支座(Dz)输入结构的边界条件：自动对齐模型/边界条件/一般支撑窗口选择(节点:图27的①；节点2,21,59,78)边界组名称gd选项添加;支撑类型Dz窗口选择(节点:图27的②；节点40,)边界组名称gd选项添加;支撑类型Dx,Dz图27输入边界条件输入满堂支架的边界条件：自动对齐模型/边界条件/一般支撑窗口选择(节点：节点80to158)边界组名称mt选项添加;支撑类型Dz,DZ11112图28输入满堂支架边界条件输入满堂支架弹性连接模型/边界条件/弹性连接窗口缩放选项添加/替换;连接类型只受压SDZ(KN/m)(10000000000)Beta角(0)2点（1，80）2点（2，81）……2点（79，158）弹性连接单元轴向刚度输入单位长度所施加的力，旋转刚度输入单位转角所施加的弯矩值。图29输入满堂支架弹性连接六、定义荷载组对连续梁结构进行施工阶段分析，需要对结构进行荷载组的定义；根据本结构的特点（预应力混凝土连续梁结构）和施工特点（满堂支架施工），故确定建立如下几个荷载组：自重，预应力和二期；图30定义荷载组输入结构荷载1、定义静力荷载工况各静力荷载工况参数：自重（施工阶段荷载）；预应力（施工阶段荷载）；二期（施工阶段荷载）；系统温升（温度荷载）；系统温降（