Midas-顶推法桥梁的施工阶段分析

顶推法(ILM)桥梁的施工阶段分析目录概要1使用材料以及容许应力6荷载7设定建模环境9定义截面及材料10定义材料10定义截面14使用顶推法桥梁建模助手建立桥梁模型17顶推法模型18顶板束和底板束23腹板束27定义顶推法施工阶段38顶推法桥梁施工阶段建模助手39输入横膈板以及二期恒载45运行结构分析55使用图形查看应力56钢导梁前端挠度图形62使用表格查看结果63查看钢束预应力损失时程64查看钢束坐标65查看钢束伸长量66查看各施工阶段的支座反力67查看荷载组合下的内力68使用一般功能做顶推法桥梁施工阶段分析70设定建模环境70定义组以及施工阶段74输入组信息85顶推法桥梁的施工阶段分析1概要顶推法(ILM)的施工原理为在桥台或第一个桥墩的后方设置箱型梁浇注场地，在浇筑场地上将上部结构分段浇筑，然后采用后张法与已制作的箱型梁段连接成一体，最后依靠顶推装置和滑动装置将箱型梁沿桥梁纵轴方向顶进成桥。桥梁的边界条件和荷载条件在各施工阶段均在发生变化，各施工阶段的结构体系与成桥阶段的结构体系是完全不同的。因此使用顶推法(ILM)施工的桥梁必须做施工阶段分析，在施工阶段分析中需要考虑不同混凝土材龄桥梁段的徐变和收缩以及各施工阶段边界条件的变化等。图1上部结构施工顺序上部结构施工顺序设置制作场地、预备场地，架设辅助墩主梁制作场地制作SEG1,设置钢导梁顶进SEG1后，制作SEG2顶进SEG2后，制作SEG3顶进SEG3后，制作SEG4完成上部结构后，拆除钢导梁桥脚-7桥脚-6桥脚-5桥脚-4桥脚-3桥脚-2桥脚-1TP2TP1桥台-2加翼缘钢束并张拉，拆除制作场地和辅助墩，浇筑桥台翼墙本例题将说明使用顶推法施工的预应力箱型桥梁施工阶段分析的步骤和方法。在MIDAS/Civil中，为了用户建模方便，提供了下面两个建模助手。顶推法桥梁建模助手:包含钢束的布置，可以自动生成桥梁模型顶推法桥梁施工阶段建模助手:帮助用户定义各施工阶段单元的生成和拆除，边界条件的变化以及荷载的加载和卸载等。在本例题的前半部分将说明如何使用顶推法桥梁建模助手建立结构模型、施工阶段分析的步骤以及查看分析结果的方法等。顶推法施工阶段分析必须真实反应图1的施工顺序中边界条件以及荷载条件的变化。使用顶推法桥梁建模助手功能做施工阶段分析的步骤如下。1.定义材料和截面2.使用顶推法桥梁建模助手建模3.使用顶推法桥梁施工阶段建模助手定义施工阶段4.运行结构分析5.查看结果本例题的后半部分将说明如何使用MIDAS/Civil的一般建模功能建立包含导梁和主梁在内的结构模型的方法，以及定义各施工阶段的结构模型、边界条件、荷载条件的步骤和方法。顶推法桥梁的施工阶段分析3桥梁基本数据以及一般截面本例题使用的桥梁基本数据如下。桥梁类型:七跨连续预应力箱型桥梁(顶推法)桥梁长度:L=7@50.0=350.0m桥梁宽度:B=12.315m斜交角度:90˚(正桥)图2分析模型高级应用例题4图3标准截面顶推法预应力箱型桥梁的钢束一般分为先期束和后期束。先期束布置在上下翼缘板内，承受施工时的自重和施工荷载。后期束在完成顶推后布置腹板内。图4桥梁段的划分以及钢束布置图1,4002,7082431,3085454035501,2001,7005,8001,2001,7005503,77316-39-2400600X3536002502,2702,9502,7084704505454652801,70065012,3151,1001,1001,7006501,4001,308450L거더중심C600X353600200402001,8606502,950[单位:mm]张拉先期束时，张拉周期一般为2段或3段。本例题采用了2段张拉一次。即输入钢束时要分别定义先张拉的钢束和后张拉的钢束。截面图(支座)桥梁中心先期束先期束后期束先期束截面图(支座)桥梁中心先期束先期束先期束后期束纵向剖面图桥梁段划分图先期束后期束顶板束底板束顶推法桥梁的施工阶段分析5使用顶推法施工的桥梁在最长悬臂状态施工阶段，即箱型梁放置在桥脚支座上之前，结构产生的内力最大。所以为了减小箱型梁施工时发生的较大的负弯矩，一般在主梁前端设置较轻的钢导梁。钢导梁的长度一般为跨度的70%左右，刚度为预应力箱型梁刚度的10%左右。确定钢导梁的刚度和长度时应根据桥梁跨度、刚度和自重选择最优的截面。图5钢导梁侧面图图6钢导梁平面图图7钢导梁横截面图侧面图平面图高级应用例题6使用材料以及容许应力混凝土(使用材龄-强度进展曲线)设计标准强度:2ckcm/kgf400f初始抗压强度:2ckcicm/kgf320f8.0f弹性模量:25ckccm/kgf108.2000,70f500,10E容许应力容许应力预压时混凝土预压后压缩张拉2ci'cacm/kgf5.148f55.0f2ci'tacm/kgf1.13f8.0f2ckcacm/kgf0.160f4.0f2cktacm/kgf0.32f6.1f预应力钢绞线(KSD7002SWPC7B-Φ12.7mm(0.5˝STRAND)屈服强度:2pymm/kgf160f→strand/tonf9.15Py极限抗拉强度:2pumm/kgf190f→strand/tonf7.18Pu公称截面面积:2pcm987.0A弹性模量:26pcm/kgf100.2E张拉应力:2pupjmm/kgf3.133f7.0f张拉端锚具变形和钢筋内缩:mm6s摩擦损失系数:rad/30.0；m/0066.0k容许应力张拉控制应力混凝土预压时(pof)混凝土预压后使用荷载2pymm/kgf144f9.02pumm/kgf133f7.02pymm/kgf128f8.0顶推法桥梁的施工阶段分析7荷载一期恒载(自重)由程序自动计算横膈板、弯束偏向部位、锚固部位混凝土自重按梁单元荷载输入(钢导梁连接部位:76.3tonf，桥脚部位:51.61tonf)预应力-先期束顶板束:)125.0(12mm7.122pcm85.11129871.0A孔道直径:mm63底板束:)95.0(9mm7.122pcm88.899871.0ADuctsize:mm51-后期束:)155.0(15mm7.122pcm81.14159871.0A孔道直径:mm75-张力:极限抗拉强度的70%2pupjcm/kgf000,133f70.0f混凝土预压时损失(由程序计算)摩擦损失:)kL(0)X(ePP(30.0,0066.0k)锚具变形和钢筋内缩值:mm6Ic混凝土的弹性压缩损失量:SPPEAfP混凝土长期损失(由程序计算)预应力钢束的应力松弛混凝土的收缩和徐变高级应用例题8混凝土的收缩和徐变-条件水泥:普通(1类)水泥顶进时混凝土材龄:'7t天混凝土拆模时间:3st天相对湿度:RH=70%大气或养生温度:C20t-徐变系数(按CEB-FIP标准由程序自动计算)-混凝土应变(按CEB-FIP标准由程序自动计算)顶推法桥梁的施工阶段分析9设定建模环境为了做顶推法桥梁的施工阶段分析首先打开新项目(新项目)以‘ILM-Bridge’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(ILM-Bridge)工具/单位体系长度cm;力kgf图8初始画面和单位体系对话框单位体系也可以使用程序窗口下端的状态条中的按钮(图8中的①)选择修改。①高级应用例题10定义截面及材料定义材料利用MIDAS/Civil中的数据库定义钢导梁、主梁的材料。钢束使用用户定义类型输入弹性模量。模型/特性值/材料类型钢材;标准KS-Civil(S)数据库SM400类型混凝土;设计标准KS-Civil(RC)数据库C400名称(钢束);类型用户定义;标准无分析数据弹性模量(2e6)图9输入材料数据同时定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。顶推法桥梁的施工阶段分析11为了考虑弹性模量的变化以及徐变和收缩的影响，需要另外定义时间依存材料特性值。本例题时间依存材料特性值采用CEB-FIP标准中的规定。28天混凝土抗压强度:400kgf/cm2相对湿度:70%几何形状指数:根据箱型梁截面面积和周长由程序自动计算水泥种类:普通水泥拆模时间:浇筑后三天(开始收缩时间)模型/特性值/时间依存材料(徐变和收缩)名称(Mat-1);标准CEB-FIP混凝土28天抗压强度(400)相对湿度(4099)(70)构件几何形状指数(1)水泥种类普通或早强水泥(N,R)混凝土开始收缩时间(3)图10定义混凝土时间依存材料特性(徐变和收缩)关于徐变和收缩的特性值，用户既可以选用韩国标准、ACI、CEB-FIP标准中的规定，也可以由用户定义。选择用户定义时，需要在时间依存材料(徐变和收缩)函数输入有关数据。点击可以查看定义的徐变和收缩图形。建立模型后，构件的几何形状指数可以由程序自动计算。详细内容参见用户在线手册中“CIVIL的功能模型特性值修改单元依存材料”章节。高级应用例题12浇筑混凝土后，随着时间的推移混凝土逐渐硬化，强度也逐渐在增加。本例题使用的是CEB-FIP标准中定义的混凝土强度进展函数，输入的数据为定义徐变和收缩时使用的数据。模型/特性值/时间依存材料(抗压强度)名称(Mat-1);类型标准强度进展标准CEB-FIP混凝土28天抗压强度(S28)(400)水泥类型(a)(N,R:0.25)图11定义强度进展函数本程序中提供了下列混凝土强度进展函数：ACICEB-FIPOhzagi公式韩国混凝土标准顶推法桥梁的施工阶段分析13在MIDAS/Civil中，时间依存材料特性与一般材料特性是分别定义的，最后要将两种材料特性连接起来。下面将箱型梁构件的材料(C400)赋予时间依存材料特性。模型/特性值/时间依存材料连接时间依存材料类型徐变/收缩Mat-1抗压强度Mat-1选择分配的材料材料2:C400选择的材料;操作图12连接一般材料和时间依存材料高级应用例题14定义截面钢导梁的横截面由两个斜支撑组成，纵向为渐变截面(TaperedSection)。本例题中将预应力箱型梁按梁单元输入，因为钢导梁截面由两个工字形梁和斜支撑连接而成，所以为了正确反应实际刚度，在输入梁截面时将钢导梁的翼缘宽度和腹板厚度按单一工字形截面数据的两倍输入。将长度单位转换为mm后输入截面数据。钢导梁截面位置实际截面尺寸修改后的截面尺寸钢导梁前端H1250×400×10/20H1250×800×20/20与主梁连接部位H2950×900×36/30H2950×1800×52/30工具/单位体系长度mm模型/特性值/截面变截面表单截面号(1);名称(钢导梁);对齐中央-底截面类型H-型钢;用户定义截面-iH(1250);B(800);tw(20);tf1(20)截面-jH(2950);B(1800);tw(72);tf1(30)y-轴变化三次方程;z-轴变化三次方程图13钢导梁以及输入截面对话框[单位:mm]对齐指截面的中心，即梁单元刚度集中的位置。当将对齐定义为中央-底时，在输入边界条件时可以不用输入支座的偏心距离。在y(z)-轴变化中定义的是刚度沿纵轴的变化形式。详细内容参见用户在线手册中的“CIVIL的功能特性值截面”章节。顶推法桥梁的施工阶段分析15主梁的截面尺寸以及形状如图14所示。图14主梁的标准截面图15输入截面数据[单位:mm]1,4002,7082431,3085501,2001,7005,8001,2001,7005503,77316-39-2400600X3536002,2702,9502,7084704502801,70065012,3151,1001,1001,7006501,400