使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析

MIDAS/CIVIL软件系列培训教材之：使用建模助手做悬臂法(FCM)桥梁施工阶段分析北京迈达斯技术有限公司宁波江东阳光软件开发中心目录概要1桥梁基本数据以及一般截面3悬臂法(FCM)的施工顺序以及施工阶段分析6使用材料以及容许应力8荷载9设定建模环境11定义截面及材料12使用悬臂法建模助手建模14输入模型数据14预应力箱型截面数据的输入20预应力钢束的布置23编辑和添加数据33查看施工阶段33修改施工阶段35时间依存性材料特性的定义和连接43分解变截面群51运行结构分析52查看分析结果55使用图形查看应力和内力55使用表格查看应力64查看预应力的损失65查看钢束坐标66查看钢束伸长量67查看预拱度68查看预拱度管理图69查看荷载组合作用下的内力70使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析1概要预应力箱型梁桥(PSCBOXBridge)的施工工法一般有顶推法(ILM)、悬臂法(FCM)、移动支架法(MSS)等。悬臂法是由桥墩向跨中方向架设悬臂构件的方法，该工法不用水上作业，也不需要架设大量的临设和脚手架，因此可以灵活使用桥下空间。另外，因为不直接与桥下河流或道路接触，因此被广泛使用于高桥墩、大跨度桥梁中。使用悬臂法(FCM)施工的预应力箱型梁桥，因为各施工阶段的结构体系不同，所以只有对各施工阶段做结构分析才能昀终确定截面大小。另外，为了正确分析混凝土材料的时间依存特性和预应力钢束的预应力损失，需要前阶段累积的分析结果。用户在本章节中将学习使用悬臂法桥梁建模助手建立悬臂法(FCM)各施工阶段和施工阶段分析的步骤，以及确认各施工阶段应力、预应力损失和挠度的方法。例题中的桥梁为按悬臂法施工的现浇桥梁。图1分析模型(竣工后)使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析3桥梁基本数据以及一般截面桥梁基本数据如下：桥梁类型:三跨预应力箱型连续梁桥(FCM)桥梁长度:L=85.0+130.0+85.0=300.0m桥梁宽度:B=12.7m(2车道)斜交角度:90°(正桥)图2纵向剖面OFBOXLC4501.2501.8501.8501.2504507.1002502502503252755.6808507.130250350801.8402602.700250350801.0501.7504501.7501.3501.3501.7504501.7501.05012.7006002.0003.5005003.5002.000600250275275교량시점300.550130.00085.00085.000275교량종점桥梁始点桥梁终点2.70040.0007.000高级应用例题4图3标准截面使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析5150.00019.00012@4.750=57.000567891011121.000φ6˝-19P12.00012@4.750=57.0007.0007.0001211109876543211234상부강연선하CLφ6˝-19φ6˝-19图4钢束布置简图부강연선일단긴장양단긴장일단긴장양단긴장일단긴장주두부FCM구간FCM구간FSM구간KeySeg零号块FCM区段FSM区段合龙段FCM区段一端张拉一端张拉两端张拉一端张拉两端张拉下部钢束上部钢束KeySeg合龙段高级应用例题6悬臂法(FCM)的施工顺序以及施工阶段分析悬臂法(FCM)的施工顺序一般如下：同时进行施工下部工程制作及拼装挂篮分阶段施工下部工程架设零号块的临设并设置临时固结措施在零号块上布置挂篮拼装模板，布置钢筋和钢材(需七天)混凝土的浇筑及养护、张拉钢束(需五天)移动挂篮到下一个桥梁段施工完第一中间跨，移动挂篮施工边跨(FSM工法)施工合龙段(KeySeg.)布置永久支座，张拉下部钢束施工桥面收尾使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析7※本悬臂法桥梁例题为三跨连续梁使用了4台挂篮(F/T)，因此不必移动挂篮。悬臂法施工阶段分析应该正确反应上面的施工顺序。施工阶段分析中各施工阶段的定义，在MIDAS/CIVIL里是通过激活和钝化结构群、边界群以及荷载群来实现的。下面将MIDAS/CIVIL中悬臂法桥梁施工阶段分析的步骤整理如下。1.定义材料和截面2.建立结构模型3.定义并构建结构群4.定义并构建边界群5.定义荷载群6.输入荷载7.布置预应力钢束8.张拉预应力钢束9.定义时间依存性材料特性值并连接10.运行结构分析11.确认分析结果悬臂法建模助手能帮助用户自动生成上述2∼8项步骤。使用一般功能完成2∼8项步骤地方法将在‘使用一般功能的悬臂法施工阶段分析’里做详细介绍。在本指南中将介绍利用悬臂法建模助手做悬臂法施工阶段分析的方法。高级应用例题8使用材料以及容许应力¾上部结构混凝土材料强度标准值:2ckcm/kgf400f=初始抗压强度:2cicm/kgf270f=弹性模量:Ec=3,000Wc1.5√fck+70,000=3.07×105kgf/cm2容许应力容许应力施加预应力初期预应力损失之后压缩张拉2ci'cacm/kgf5.148f55.0f==2ci'tacm/kgf1.13f8.0f==2ckcacm/kgf0.160f4.0f==2cktacm/kgf0.32f6.1f==¾下部结构混凝土材料强度标准值:2ckcm/kgf270f=弹性模量:25ccm/kgf1035.2E×=¾预应力钢束(KSD7002SWPC7B-Φ15.2mm(0.6□钢束)屈服强度:→2pymm/kgf160f=strand/tonf6.22Py=抗拉强度:→2pumm/kgf190f=2strand/tonf6.26Pu=截面面积:pcm7.138A=6弹性模量:2pcm/kgf100.2E×=张拉力:2pupjmm/kgf137f72.0f==锚固端滑移:mm6s=Δ摩擦系数:rad/30.0=μ:m/006.0k=容许应力昀大控制应力张拉初期(pof)预应力损失之后2pymm/kgf144f9.0=2pumm/kgf133f7.0=2pymm/kgf128f8.0=使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析9荷载¾永久荷载结构重力在程序中以自重输入二期恒载m/tonf432.3w=¾预应力荷载钢束()196.0(19mm2.15−′′ϕ×ϕ)截面面积:2pcm353.2619387.1A=×=孔道直径:mm103/100张拉力:施加72%抗拉强度的张力2pupjcm/kgf680,13f72.0f==tonf5.360fAPpjpj=⋅=张拉初期的损失(由程序计算)摩擦损失:)kL(0)X(ePP+μα−⋅=顶板束:20.0=μ,001.0k=底板束:30.0=μ,006.0k=锚固端滑移量:mm6Ic=Δ混凝土弹性压缩预应力损失:损失量,SPPEAfP⋅Δ=Δ预应力长期损失(由程序计算)应力松弛徐变和干缩引起的损失¾徐变和干缩条件水泥:普通水泥施加持续荷载时混凝土的材龄:5ot=日混凝土暴露在大气中时的材龄:3st=日高级应用例题10相对湿度:%70RH=大气或养生温度:C20T°=适用标准:道桥设计标准(CEB-FIP)徐变系数:由程序计算混凝土干缩应变:由程序计算¾挂篮(formtraveller)荷载假设挂篮自重如下tonf0.80P=m50.2e=tonf0.200ePM=×=ePM图5挂篮自重使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析11设定建模环境为了做悬臂法桥梁的施工阶段分析首先打开新项目(新项目)以‘FCMwizard’名字保存(保存)文件。然后将单位体系设置为‘tonf’和‘m’。该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意地更换。文件/新项目文件/保存(FCMwizard)工具/单位体系””单位体系也可以使用程序窗口下端的状态条中的按钮()选择修改。长度m;力tonf↵图6设定单位体系高级应用例题12定义截面及材料定义上部结构和下部结构以及预应力钢束的材料特性。模型/特性值/材料类型混凝土;规范KS-Civil(RC)”同时定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。数据库C400↵”类型混凝土;规范KS-Civil(RC)数据库C270↵名称(钢束);类型用户定义;规范None分析数据弹性模量(2.0e7)线膨胀系数(1.0e-5)↵图7定义材料特性对话框使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析13将桥墩的截面特性定义为用户类型。””因为预应力箱型截面的特性将在悬臂法建模助手中定义，所以不必在此另外定义。模型/特性值/截面数据库/用户表单截面号(1);名称(桥墩)截面形状实心矩形;用户H(1.8),B(8.1)↵图8定义截面特性对话框高级应用例题使用悬臂法建模助手建模使用MIDAS/CIVIL的悬臂法建模助手功能建模。悬臂法建模助手由模型、截面、钢束三个表单组成。输入模型数据在悬臂法建模助手的模型表单中，我们将定义桥梁的材料、基本数据、桥梁段的划分(参见图10)、零号块的大小、桥墩类型和尺寸等，另外还将定义每个桥梁段的施工持续时间(12天”)。”本桥梁例题将支膜和绑扎钢筋、布置钢束管道的时间定为7天，浇筑混凝土以及养生的时间定为5天，因此将施工一个桥梁段的时间设定为12天。模型/结构建模助手/悬臂法建模助手模型表单材料(主梁)1:C400;材料(桥墩)2:C270桥墩数(2);桥墩截面1:桥墩;施工阶段持续时间(12)方法现浇零号块P.T.(14);B(6)合龙段K1(2);K2(2)桥墩H(40);C(4.2)满堂支架法(FSM)FSM(左)(2,4@4.25);FSM(右)(2,4@4.25)””满堂支架法(FSM)区段要考虑钢束的锚固，合理地划分单元。(参照图10)。Zone1(12@4.75);Zone2(12@4.75)”选择半径开关并输入半径，即可建立曲线变截面悬臂法桥梁模型。14”选择详细开关并按，即可建立非对称施工的桥梁或各跨长度不同的悬臂法桥梁模型。使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析图9悬臂法桥梁建模助手的模型表单15121110987654321图10桥梁段的划分FSM구간P2FSM구간121110987654321P185.0003.00012@4.750=57.0002.0004@4.250=17.0002.00085.00012@4.750=57.0002.0004@4.250=17.0002.0001314151718192021222324P11665.000130.0001.00012@4.750=57.000LC131415161718192021222324P265.0001.00012@4.750=57.000Segment14.000주두부零号块2.1004.0003.0002.100Segment2Segment2Segment12.1002.1003.0004.0004.0003.000KeySeg1KeySeg3주두부주두부주두부KeySeg2合龙段1FSM区段桥梁段1零号块零号块合龙段2桥梁段2桥梁段2零号块合龙段3FSM区段桥梁段1111210987654321123456789101112121110987654321123456789101112A1SEG(12DAY/SEG)FSMPART17141512131691011SEG(12DAY/SEG)P1P2A2FSMPARTF/TSETTINGKEY-SEGMENTKEY-SEGMENTKEY-SEGMENTSEG(12DAY/SEG)SEG(12DAY/SEG)PIERTABLEF/TSETTING18CLOFPIERCLOFPIER87654321PIERTABLEPIERFOOTINGPIERFOOTING高级应用例题16图11施工工序计划表使用建模助手做悬臂法(FCM)施工阶段分析17悬臂法的施工工期与桥墩数量和投入的作业车辆(挂篮等)有关。因为各桥墩的悬臂部分并不是同时施工的，所以施工合龙段时合龙段两侧悬臂桥梁段的混凝土材龄是不同的。由于两侧悬臂桥梁段混凝土