施工阶段联合截面分析(标准形式联合截面)

利用联合截面的桥梁的施工阶段分析目录概要1截面尺寸3材料3荷载3施工阶段的构成4设定建模环境及定义截面/材料7设定建模环境7定义材料8定义截面9时间依存材料特性11建立桥梁模型14定义组14建立桥梁模型16输入边界条件20输入支撑位置20输入有效宽度21输入荷载23定义施工阶段27定义结构组27施工阶段的构成28定义各个施工阶段的联合截面33运行分析37查看分析结果38查看内力38查看应力40注意事项41联合截面施工阶段分析1概要两种以上材料组成的联合截面，要进行考虑联合效果后的结构分析。特别是包含混凝土的联合截面考虑混凝土的收缩和徐变时必须要使用施工阶段联合截面功能。本例题为混凝土桥面板和工字钢梁组成的联合截面桥梁，使用联合截面功能和施工阶段功能建立模型和查看结果。桥梁基本数据如下：桥梁类型:I-girder联合截面三跨连续梁桥(PSC桥面板)桥梁长度:L=45.0+55.0+45.0=145.0m桥梁宽度:B=12.14m斜交角度:90˚(直桥)图1.分析模型APPLICATIONTUTORIAL2在MIDAS/Civil为了进行联合截面施工阶段的的分析，提供了施工阶段联合截面功能。通过本例题学习包括施工阶段和联合截面同时存在的结构分析方法。联合截面桥梁的施工阶段分析步骤如下：1.定义材料及截面2.定义结构组、边界组、荷载组3.定义施工阶段4.各个施工阶段的边界组、荷载组的激活5.各个施工阶段的桥面板的激活6.查看各个施工阶段的结果联合截面施工阶段分析3截面尺寸图2.标准断面图在本例题为了建模方便，主梁和横梁都采用等截面。材料构件内容备注主梁Q345钢材横梁Q345钢材桥面板C40混凝土(考虑时间依存性)荷载¾联合前恒载-钢材自重:用程序的自重功能自动输入-桥面板自重:用梁单元荷载功能输入¾联合后恒载-用梁单元荷载功能输入[单位:mm]APPLICATIONTUTORIAL4施工阶段的构成¾定义荷载工况及荷载组图3.桥面板的浇筑顺序及范围在主梁的反弯点（距离内部支座0.2L的位置）即应力最小的位置做桥面板的新旧混凝土的连接点。荷载工况名称荷载组荷载类型备注DL(BC)1DL(BC)1自重主梁自重DL(BC)2DL(BC)2梁单元荷载0.8×L1的桥面板自重DL(BC)3DL(BC)3梁单元荷载0.2×L1+0.8×L2的桥面板自重DL(BC)4DL(BC)4梁单元荷载0.2×L2+L3的桥面板自重DL(AC)DL(AC)梁单元荷载2期荷载(桥面铺装,栏杆,防撞墙)¾定义边界组边界条件边界条件种类备注BGroup一般支撑支座E_Width1有效宽度系数有效宽度和全宽的截面惯性矩之比，CS2区段(第一跨跨中)E_Width2有效宽度系数有效宽度和全宽的截面惯性矩之比，CS3区段(第一个支座，第二跨跨中)E_Width3有效宽度系数有效宽度和全宽的截面惯性矩之比，CS4区段(第二个支座，第三跨跨中)0.8L1=36m0.2L1+0.2L2=20m0.2L2+0.2L3=20mCS2CS3CS40.6L2=33m0.8L3=36mL2=55mL1=45mL3=45m145m联合截面施工阶段分析5¾施工阶段的构成荷载组(激活)施工阶段结构组边界组组步骤持续时间备注CS1SGroupBGroupDL(BC)1DL(BC)2第一步骤第一步骤5非联合截面CS2-E_Width1DL(BC)3第25天(用户步骤)30CS2阶段联合CS3-E_Width2DL(BC)4第25天(用户步骤)30CS3阶段联合CS4-E_Width3DL(AC)第一步骤10,000CS4阶段联合※SGroup为包含所有单元（主梁、横梁）的结构组。※因结构物的几何形状不随施工阶段变化，故只定义一个结构组。※随桥面板的浇筑顺序变化的截面联合/非联合情况，用施工阶段联合截面功能输入。※桥面板的拼装模板时间为25天，桥面板的初期强度龄期为5天，总施工时间为30天。※以梁单元荷载施加桥面板的自重，在拼装模板结束时（第25天）激活。zCS1„建立全跨桥梁的钢梁和横梁„施加主梁的自重，CS2区段（图4）桥面板的自重以梁单元荷载施加zCS2„CS2区段的截面联合„输入CS2区段的有效宽度比„CS3区段（图3）桥面板的自重以梁单元荷载施加zCS3„CS3区段的截面联合„输入CS3区段的有效宽度比„CS4区段(图3)桥面板的自重以梁单元荷载施加zCS4„CS4区段的截面联合„CS4区段的有效宽度比„二期荷载以梁单元荷载施加APPLICATIONTUTORIAL6图4.各个施工阶段的板自重及二期荷载施加CS1CS2CS3CS4SlabWeightAdditionalLoad联合截面施工阶段分析7设定建模环境及定义截面/材料为了建立桥梁模型，首先打开新项目(新项目)以‘I-GirderCompositeBridge’为名字保存(Save)文件。文件/新项目文件/保存(I-GirderCompositeBridge)设定建模环境单位体系设置为tonf(力)，m(长度)工具/单位体系长度m；力tonf↵图5.设定单位体系对话框APPLICATIONTUTORIAL8定义材料利用MIDAS/Civil程序内部材料数据库定义主梁和横梁及桥面板的材料。模型/材料和截面特性/材料类型钢材；规范GB03(S)数据库Q345↵类型混凝土；规范JTG04(RC)数据库C40↵图6.输入材料数据联合截面施工阶段分析9定义截面对于主梁截面，为了考虑施工阶段，各个阶段定义不同名字的截面特性值。本例题主梁采用等截面，所以截面特性相同，只名称不同(Sect-1,Sect-2,Sect-3)。横梁使用用户的功能输入数据。图7.截面数据¾截面区段内容备注主梁H3200×800×900×20×32/34联合截面横梁H800×400×20×20/20用户类型截面模型/特性值/截面联合截面截面号(1)；名称(Sect1)；偏心中心-中心截面类型钢-工字型；板宽度(12.14)；梁数量(2)；CTC(6.15)钢筋混凝土板Bc(6.07)；tc(0.25)；Hh(0.028)梁Hw(3.2)；tw(0.02)；B1(0.8)；tf1(0.032)；B2(0.9)；tf1(0.034)↵材料混凝土材料数据库JTG(RC)；名称C40钢材数据库GB03(S)；名称Q345↵Ds/Dc(0)”↵[单位:mm]”使用联合截面时，混凝土的自重是以梁单元荷载施加，所以为了在考虑材料自重时防止重复考虑混凝土的自重，所以输入为”0”。APPLICATIONTUTORIAL10截面号(2)；名称(Sect2)↵截面号(3)；名称(Sect3)↵图8.输入截面对话框数据库/用户表单截面号(4)；名称(CBeam)；偏心中心-中心截面形状工字型截面；用户H(0.84)；B1(0.4)；tw(0.02)；tf1(0.02)↵联合截面施工阶段分析11时间依存材料特性为了考虑弹性模量变化及收缩、徐变对混凝土强度的影响，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。构件理论厚度计算时，桥面板的厚度假定为25cm。修改力单位体系为KN。¾28天混凝土抗压强度:40000KN/m2¾相对湿度:70%¾几何形状指数:2×Ac/u=(2×12.14×0.25)/(12.14+0.25)/2=0.245¾水泥种类:普通水泥¾拆模时间:浇筑后3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)；设计标准China（JTGD62-2004）28天材龄抗压强度(40000)相对湿度(40~99)(70)构件理论厚度(0.245)”水泥种类系数(5)混凝土开始收缩时间(3)↵图9.定义混凝土时间依存材料特性（收缩/徐变）”点击可以查看定义的徐变和收缩图形。”计算输入桥面板的构件理论厚度。APPLICATIONTUTORIAL12浇筑混凝土后，随时间的推移混凝土逐渐硬化，强度也逐渐在增加。本例题使用是CEP-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/时间依存材料特性(Comp.Strength)名称(Mat-1)；类型设计规范强度进展规范CEB-FIP混凝土28天抗压强度(S28)(4000)水泥种类(a)N,R:0.25；↵图10.定义强度进展函数联合截面施工阶段分析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。下边将桥面板构件的材料(C40)赋予时间依存材料特性。模型/特性值/时间依存材料特性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3:C40选择的材料；操作图11.连接一般材料特性和时间依存材料特性APPLICATIONTUTORIAL14建立桥梁模型将各个施工阶段新添加的单元或边界条件、荷载条件定义为组，通过激活和钝化相应的组建立施工阶段。在本例题学习使用联合截面功能定义施工阶段的方法。定义组参照下表，定义各个施工阶段必要的组（结构组、边界组、荷载组）。荷载组(Activation)施工阶段结构组边界组组步骤持续时间备注CS1SGroupBGroupDL(BC)1DL(BC)2第一步骤第一步骤5非联合截面CS2-E_Width1DL(BC)3第25天(用户步骤)30CS2区段联合CS3-E_Width2DL(BC)4第25天(用户步骤)30CS3区段联合CS4-E_Width3DL(AC)第一步骤10,000CS4区段联合组表单组结构组鼠标右键新建…名称(SGroup)组边界组鼠标右键新建…名称(BGroup)名称(E_Width)；后缀(1to3)组荷载组鼠标右键新建…名称(DL(BC))；后缀(1to4)名称(DL(AC))；CCC联合截面施工阶段分析15图12.定义组APPLICATIONTUTORIAL16建立桥梁模型输入主梁数据参照下图输入主梁数据。图13.桥面板的浇筑顺序及范围横梁间距为5m，桥面板的浇筑阶段如图13，考虑主梁的有效宽度可按照下表输入。CS2范围:7@5+1=36m(采用截面:Sect1)CS3范围:4+3@5+1+3+6@5=53m(采用截面:Sect2)CS4范围:1+3@5+4+1+7@5=56m(采用截面:Sect3)0.8L1=36m0.2L1+0.2L2=20m0.2L2+0.2L3=20mCS2CS3CS40.6L2=33m0.8L3=36mL2=55mL1=45mL3=45m145m联合截面施工阶段分析17顶面,捕捉节点(开),捕捉单元(开),自动对齐(开)模型/节点/建立节点坐标(0,0,0)复制复制次数(1)；距离(0,6.15,0)↵模型/单元/扩展单元全选扩展类型节点Æ线单元单元属性单元类型梁单元材料1:主梁；截面1:Sect1生成类型移动复制和移动任意间距方向x；间距(7@5,1,4,3@5,1,4,5@5,4,1,3@5,4,1,7@5)↵图14.建立主梁APPLICATIONTUTORIAL18给CS3,CS4区段的主梁，使用拖放的功能赋予截面特性。工作表单窗口选择(单元:CS3区段的所有梁或17to40)特性值截面Sect2(拖放)窗口选择(单元:CS4区段的所有梁或41to66)特性值截面Sect3(拖放)图15.各个区段赋予不同的截面名称CS3区段:Sect253mCS4区段:Sect356mCS2区段:Sect136m拖放”确认各个节点间距时，可使用查询节点功能(图15的①)。①联合截面施工阶段分析19输入横梁输入横梁的数据。节点号(开)模型/单元/建立单元单元类型一般梁/变截面梁材料2:横梁；截面4:CBeam；Beta角(0)节点连接(1,2)模型/单元/复制和移动选择最新建立的个体形式复制；复制和移动等间距dx,dy,dz(5,0,0)；复制次数(145/5)