第6章--连续刚构桥建模实例

连续刚构悬臂施工法建模实例主讲人：韩万水长安大学2014年11月连续刚构悬臂施工法建模实例连续刚构悬臂施工法建模实例工程概况本文以竹溪墓桥为例，主桥上部结构采用80十2x145+80m预应力混凝土刚构连续梁，主梁为分离式单箱单室箱梁，箱梁顶横坡与路拱同坡，为2%，箱梁顶宽1458cm，底宽700cm，支点处梁高中心高度80cm，底板厚度I0cm，跨中梁高320.5cm，底板厚度36cm，刚构悬臂部分箱梁采用变截面。腹板厚度0号一11号节段采用80cm，12号~13号节段由80cm渐变至60cm，14号一22号节段采用60cm，边跨现浇23号段由60cm渐变至80cm。箱梁在薄壁墩顶及梁端均设置了横隔板。箱梁采用挂篮悬臂对称浇筑施工，边跨段采用支架现浇。全桥设置纵、横、竖三向预应力体系。连续刚构悬臂施工法建模实例6.1悬臂法的施工顺序和施工阶段分析边跨施工（FSM法）施工合龙段（KeySeg）施工桥面收尾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在零号块上布置挂篮拼装模版，布置钢筋和钢材移动挂篮到下一个桥梁段混凝土的浇筑及养护、张拉钢束施工完第一中间跨，移动挂篮连续刚构悬臂施工法建模实例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11.确认分析结果6.1悬臂法的施工顺序和施工阶段分析连续刚构悬臂施工法建模实例连续刚构桥模型6.2模型连续刚构悬臂施工法建模实例36.3设定操作环境211、文件/新项目2、文件/保存(某连续刚构桥)3、在新项目选择工具单位系4、长度选择‘m’,力(质量)选择‘kn’5、点击确定4连续刚构悬臂施工法建模实例126.4定义构件材料1、特性/材料特性/材料2、类型/混凝土；规范JTG04(RC)；数据库C55回车3、类型/钢材；规范JTG04(S)；数据库Strand1860阻尼比0.0234连续刚构悬臂施工法建模实例6.5定义时间依存材料1.定义时间依存性特性函数（包括收缩徐变函数，强度发展函数，一般国内的规范里面不考虑强度发展函数）12收缩、徐变是混凝土的固有特性，并随时间的变化而变化。在用Midas/Civil开展桥梁施工分析或水化热分析时，需要在模型数据中定义混凝土收缩、徐变随材龄变化的时间依存特性。连续刚构悬臂施工法建模实例注：在定义收缩徐变函数时构件理论厚度可以仅输入一个非负数，在建立模型后通过程序自动计算来计算构件的真实理论厚度；6.5定义时间依存材料1.定义时间依存性特性函数（包括收缩徐变函数，强度发展函数，一般国内的规范里面不考虑强度发展函数）连续刚构悬臂施工法建模实例6.5定义时间依存材料2.将定义的时间依存特性函数与相应的材料连接起来123连续刚构悬臂施工法建模实例12本例选的是变截面来计算理论厚度6.5定义时间依存材料3.修改时间依存材料特性值（对于连续刚构桥一般就是指修改构件的理论厚度）修改单元时间依存材料特性值时要对所有考虑收缩徐变特性的混凝土构件修改其构件理论厚度计算值。计算公式中的a代表在空心截面在构件理论厚度计算时，空心部分截面周长对构件与大气接触的周边长度计算的影响系数；连续刚构悬臂施工法建模实例6.5定义时间依存材料（2）当收缩徐变系数不按规范计算取值时，可以通过自定义收缩徐变函数来定义混凝土的收缩徐变特性；（3）如果在施工阶段荷载中定义了施工阶段徐变系数，那么在施工阶段分析中将按施工阶段荷载中定义的徐变系数来计算。定义混凝土时间依存材料特性时还需注意以下事项：（1）混凝土开始收缩时的材龄在收缩徐变函数定义中指定，加载时的混凝土材龄在施工阶段中指定；连续刚构悬臂施工法建模实例调用数据库中截面直接输入截面特性值的数值用户定义导入其他模型中已有截面截面定义导入AutoCADDXF文件6.6定义构件截面连续刚构悬臂施工法建模实例针对本例连续刚构桥上部结构可在AutoCAD画好截面，采用MIDAS中的截面特性计算器计算出截面的特性值，保存为SEC文件的形式后，再导入MIDAS中这种数值形式来定义截面，由主梁一般构造图和梁段几何参数表可在AutoCAD画出各梁段截面。6.6定义构件截面主梁一般构造图连续刚构悬臂施工法建模实例6.6定义构件截面梁段几何参数表连续刚构悬臂施工法建模实例6.6定义构件截面1-15梁段截面示意图连续刚构悬臂施工法建模实例将Cad图形保存为dxf格式6.6定义构件截面连续刚构悬臂施工法建模实例计算完成后保存为spc格式文件6.6定义构件截面1-15梁段截面示意图截面特性计算Model/Section/Generate在“Type”选项中选择“Plane”用鼠标选择整个截面点击“Apply”按钮，完成截面的生成连续刚构悬臂施工法建模实例6.6定义构件截面在midas中截面添加选择spc数值，点击导入spc截面就是保存的sec文件！然后只需要设置一些截面的参数就可以了！连续刚构悬臂施工法建模实例6.6定义构件截面双薄壁墩截面可采取直接输入截面尺寸，然后计算截面特性值的方法来定义。12连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型参照下图建立预应力箱型梁模型。将每个桥梁段看作一个梁单元，以零号块和桥墩的交点、桥墩和桥墩的中心距离为基准分割单元。连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型为操作简便，可参照上图将各节点坐标列在Excel表中，然后直接粘到Midas节点表格里即可。连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型在Midas中选择建立单元功能，可通过节点连接将上部结构各节点以及下部结构各节点连接起来。连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型使用选择属性单元功能和工作树形菜单功能修改变截面区段和零号块梁单元截面。所以将梁段1∼15和零号块端部单元的截面修改为变截面。由跨中向支座变化的截面按各梁段变化依次修改为变截面，由支座向跨中变化的截面按各梁段变化依次修改为变截面，零号块截面修改为支座截面。本例连续刚构桥变截面和等截面的处理连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型对于变截面区段梁，可利用之前计算好的截面特性（保存的Sec文件）导入数据，区分i、j端，将两个截面赋在各变截面梁段两端，然后利用Midas的拖放功能赋给相应单元即可。连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型所有截面都赋予相应单元后，消隐后即可得到下图。连续刚构悬臂施工法建模实例主梁和桥墩建立完成后，就可以通过程序自动计算每个单元的构件理论厚度——6.7建立结构模型修改单元的理论厚度树形菜单/单元/修改单元的材料时间依存特性选项添加/替换单元依存材料特性构件的理论厚度、自动计算(开)规范中国标准公式为：a(0.5)全选适用↵连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型定义结构组、边界组和荷载组Midas/Civil模型中对象包括单元、荷载、边界条件、预应力钢束等。为了方便定义施工阶段、输入计算结果、快速编辑对象，可将上述对象定义为结构组、荷载组、边界条件组、预应力组，并对组进行编辑。连续刚构悬臂施工法建模实例结构组列表6.7建立结构模型建立结构组将一些节点和单元组成一个结构组（StructureGroup），以便于建模、修改和输出。对复杂的模型，当分析和设计中需要反复使用某些单元和节点时，可以将其定义为一个结构组，该功能可以用于定义桥梁各施工阶段的结构。建立结构组组结构租新建…定义结构组名称(桥墩)定义结构组名称(0、1号块)定义结构组名称(2号块)…….连续刚构悬臂施工法建模实例使用选择属性单元功能和工作树形菜单功能将生成的结构组分配给梁单元。将定义的结构群钝化后再定义新的结构群，可以通过激活和钝化随时查看定义的结构群。拖放注：为了利用桥梁内力图功能查看分析结果而将所有主梁单元定义为一个结构组。6.7建立结构模型建立结构组连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型边界组列表建立边界组建立模型之后，按桥梁段查看结构组。对复杂模型，当分析和设计中需要反复使用某些边界条件时，可以将其定义为一个边界组，该功能可以用于定义桥梁各施工阶段的边界。组边界组新建…定义边界组名称(桥墩约束、墩梁固结)定义结构组名称(边跨临时约束)定义结构组名称(成桥约束)定义结构组名称(桥墩约束)…….连续刚构悬臂施工法建模实例拖放6.7建立结构模型使用选择属性单元功能和工作树形菜单功能将生成的边界组分配给相应节点。连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型建立边界条件Midas/civil将结构中的所有外部边界条件和内部约束关系统称为“边界条件”，边界条件既可以从主菜单中输入，也可以从树形菜单中输入。这些边界条件大概可以分为两类：1.节点边界条件：主要用于约束分析模型中选定节点的自由度。（1）一般支承（Constraint）（2）弹性支承单元（SpringSupport）（3）弹性连接单元（ElasticLink2单元边界条件：用于处理单元与单元间的内部约束关系。（1）一般支承（Constraint）（2）弹性支承单元（SpringSupport）（3）弹性连接单元（ElasticLink）连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型建立边界条件为了使桥墩和预应力箱型梁在连接位置有相同的位移，使用弹性连接中连接类型选项中刚性连接将其连接起来。连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型一般支承用于约束选定节点的部分或全部自由度。定义或修改约束的界面。根据实际情况施加相应约束。建立边界条件连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型施工阶段荷载有结构自重、钢束的预应力荷载、挂篮(formtraveller)自重、混凝土湿重(wetconcrete)等四种。当激活结构物的自重时，程序将自动考虑已激活的结构组的自重。除了自重以外的其它三种荷载在各个施工阶段要分别输入。各施工阶段的静力荷载如下。具有初期材龄的处于激活状态单元的自重(Self)作用于具有初期材龄的处于激活状态单元上的预应力荷载(PS)作用于处于激活状态单元端部上的挂篮荷载(FT)在支模和绑扎钢筋结束后，拆模前处于浇筑状态的混凝土湿重(WC)将以上各荷载工况定义为施工阶段荷载类型。建立荷载组连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型荷载组列表组荷载组新建…定义荷载组名称(挂篮1)…….定义荷载组名称(湿重1)…….定义荷载组名称(T&F预应力1)…….定义荷载组名称(自重)…….定义荷载组名称(二期)建立荷载组连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型拖放定义各荷载工况所属的荷载组。连续刚构悬臂施工法建模实例非预应力钢筋可以使用截面钢筋来输入，具体输入方法如下6.7建立结构模型非预应力钢筋输入非预应力钢筋输入特性截面管理器钢筋…目标截面和单元跨中纵向钢筋(i,j)两端钢筋信息相同(开)坐标基准重心类型线输入方法AY向质心Y：0Z向顶Z：0数量：34间距：0.15直径：d16添加、适用↵连续刚构悬臂施工法建模实例6.7建立结构模型非预应力钢筋输入抗剪钢筋I端弯起钢筋(开)间距：(1.5m)角度：(45)Asb：(0.0005m^2)抗扭钢筋(开)间距：(0.2m)Asv1(0.0004m^2)Ast：(0.002m^2)箍筋(开)间距：(0.2m)Asv：(0.0008m^2)箍筋内表面包围的截面核芯面积(开)保护层厚度：(0.05m)考虑翼缘/悬臂(开)连续刚构悬臂施工法建模实例其他截面的截面钢筋信息可以参照“跨中”截面的截面钢筋数据输入，或者直接由“跨中”截面钢筋复制生成，具体输入方法如下——6.7建立