MIDAS-CIVIL-装配式简支梁桥建模及分析

第四章MIDAS/CIVIL装配式简支梁桥建模及分析4.1工程概况图4.1图4.2图4.3桥面宽度布置：净—9+2×1.5m（人行道）。设计荷载：公路—II级；人群荷载标准值：3.0kN/m2C50混凝土钢绞线φS15.20，fpk=1860MPa1860MPa4.2MIDAS/CIVIL梁格法建模要点4.2.1综论中国的桥梁建设已步入全新的阶段，桥梁设计、施工、检测技术水平也随着时间推移不断提高，以往多采用的平面程序在实际使用中将逐渐为三维空间程序所取代，通过三维的分析可以不用像二维程序那样计算横向分布系数，建模及后处理更加直观。T形梁在实际工程中广泛采用，现存数量巨大，T梁格单元划分简单，基本概念清晰，受力明确，较易为初学梁格法者掌握，对进一步将复杂结构离散为力学模型及应用力学原理解决问题很有帮助。4.2.2梁格法基本原理用等效梁格代替桥梁上部结构，将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于昀邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格内。理想的刚度等效原则是：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时，两者的挠曲将是恒等的，并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。由于实际结构和梁格体系在结构特性上的差异，这种等效只是近似的，但对一般的设计，梁格法的计算精度是足够的。4.3.3梁格理论要点(1)如为T梁，计算前应先对有效宽度进行计算，结构翼板拟定尺寸时尽量控制在有效宽度范围内。有效宽度计算参考规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》4.2.2条。(2)对于非密排的T梁，可取单个T梁为一个纵向梁格。若T梁未设横隔板则纵向弯曲由T形截面承受，横向视为通过翼板连接的板条。一般来说，纵横方向上结构的部分刚度可以假定为相似横截面的梁一样。(3)梁格网格的划分以昀能反映上部结构的结构性能为好。没有跨中横隔板的横向梁格，其间距可以任意选择，一般约取有效跨径的1/4～1/8；如有横隔板则必须在横隔板处设横向梁格。(4)当横向构件仅代表薄板，由板内横向扭矩引起纵向构件弯矩的不连续性是微小的，设计弯矩取节点两侧弯矩的平均值；若横向构件代表具有足够抗扭刚度的横格梁，则纵向弯矩的不连续性是较大的，设计弯矩应该取节点两侧的不同值。4.3装配式预应力混凝土简支梁桥施工阶段模型的建立及分析4.3.1输入结构材料数据表3.X材料数据序号名设计类型数备称规范据库注1C混凝土C)C主梁混凝土50JTG04(R502Strand1钢材JTG04(SStrand1预应力钢3虚梁(C50)用户定义无---横向连接虚梁4横隔板用户定义无---横隔板860)860绞线表3.X用户定义材料数据项目虚梁(C50)横隔板单位弹量3.4500e+004500e+004N/m性模3.4m2泊松比2---线膨胀1.0e-0051.0e-0051/℃容重01.1e-005N/mm30.20.系数图4.4图4.54.3.2输入结构截面数据截面号名称类型备注1跨中设计截面工形2支点设计截面工形3支点—跨中变截面工形4跨中—支点变截面工形5中横隔板1（湿接缝）设计截面设计用数值截面6中横隔板2设计截面设计用数值截面7中横隔板3设计截面设计用数值截面8中横隔板1--2变截面设计用数值截面9中横隔板2--1变截面设计用数值截面10端横隔板1（湿接缝）设计截面设计用数值截面11端横隔板2设计截面设计用数值截面12端横隔板3设计截面设计用数值截面13端横隔板1--2变截面设计用数值截面14端横隔板2--1变截面设计用数值截面15湿接缝（15*80）用户实腹长方形截面16湿接缝（15*112）用户实腹长方形截面17湿接缝(15*(24+32))用户实腹长方形截面18湿接缝(15*(32+24))用户实腹长方形截面19虚梁（15*80）用户实腹长方形截面20虚梁（15*112）用户实腹长方形截面21虚梁(15*(24+32))用户实腹长方形截面22虚梁(15*(32+24))用户实腹长方形截面4.3.2.1设计截面（工形）输入图4.6图4.7图4.8项目截面号：1跨中截面号：2支点H100HL11515HL2106.4HL2-100HL2-200HL3100113.6HL4100HL4-100HL4-200HL52525BL11028BL2100100BL2-14040BL2-200BL42028.01BL4-100BL4-2004.3.2.2变截面（工形）输入图4.9截面号名称是否对称拐点i端导入截面j端导入截面偏心3支点—跨是JL12：支点1：跨中中--上中部4跨中—支点是JL11：支点2：跨中中--上部8中横隔板1-2是JL15：中横隔板16：中横隔板2中--上部9中横隔板2-1是JL16：中横隔板25：中横隔板1中--上部13端横隔板1-2是JL110：端横隔板111：端横隔板2中--上部14端横隔板2-1是JL110：端横隔板211：端横隔板1中--上部4.3.2.3设计截面（设计用数值截面）输入(1)绘制截面，生成dxf文件图4.10(2)运用MIADS截面特性值计算器，生成MIDAS截面文件图4.11图4.12图4.13图4.14图4.15(3)在MDIAS/CIVIL输入设计截面（设计用数值截面）数据图4.16图4.17※提示：设计参数中，BT对于闭合截面为外侧腹板中心线间距离，开口截面BT不起作用。4.3.2.4数据库/用户截面图4.18截面号名称H(cm)B(cm)偏心偏心参照横向偏心方式I：(cm)15湿接缝1580中-上---------（15*80）部16湿接缝（15*112）15112中-上部---------17湿接缝(15*(24+32))1556左-上部边界用户2418湿接缝(15*(32+24))1556左-上部边界用户3219虚梁（15*80）1580中-上部---------20虚梁（15*112）15112中-上部---------21虚梁(15*(24+32))1556左-上部边界用户2422虚梁(15*(32+24))1556左-上部边界用户324.3.3建立结构几何模型4.3.3.1建立主梁(1)建立1#梁图4.1935,91,80,312,480,480,312,80,91,35分割1#梁单元主梁建模过程备注主梁建模过程备注显示单元号选择5#、6#单元，单元→分割单元→等距离，x方向分割数量：6分割5#、6#单元选择4#单元，单元→分割单元→任意间距，x：72,80,80（右侧剩余80）分割4#单元选择7#单元，单元→分割单元→任意间距，x：80,80,80（右侧剩余72）分割7#单元分割2#单元建立左主梁建模过程备注选择2#单元，单元→分割单元→任意间距，x：15支座节点选择9#单元，单元→分割单元→任意间距，x：76分割9#单元建立右支座节点选择3#单元树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：3”，拖放至模型窗口将3#单元截面类型设置为：截面3：支点—跨中选择8#单元树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：4”，拖将8#单元截面类型设置为：截面4：主梁建模过程备注放至模型窗口跨中—支点选择8#单元树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：4”，拖放至模型窗口将近支点处单元截面类型设置为：截面2：支点基本完成1#主梁单元设置(2)选择1#主梁模型窗口，右键：单元→复制和移动→形式：复制；任意方向：y，间距4@250复制1#主梁生成2#~5#主梁4.3.3.3建立横向连接横隔板建模过程备注单元→建立单元→材料号：1C50；截面号：5中横隔板1；交叉分割：节点、单元，分别连接两边梁中横隔板节点，初步建立中横隔板初步建立中间横隔板单元→建立单元→材料号：1C50；截面号：10端横隔板1；交叉分割：节点、单元，分别连接两边梁端横隔板初步建立端横隔板节点，初步建立端横隔板选择各横隔板单元，单元→分割单元→等间距，x方向分割数量：5分割横隔板为5等份横隔板建模过程详图选择端横隔板近主梁两侧单元；树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：12端横隔板3”，拖放至模型窗口选择前次选择单元：树形菜单横隔板建模过程详图→工作→截面→左键按住“材料：4横隔板”，拖放至模型窗口选择端横隔板近主梁+y侧间隔单元；树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：14中横隔板2-1”，拖放至模型窗口选择端横隔板近主梁–y侧间隔单元；树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：14中横隔板1-2”，拖放至模型窗口横隔板建模过程详图选择端横隔板近主梁两侧单元；树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：7中横隔板3”，拖放至模型窗口选择前次选择单元；树形菜单→工作→截面→左键按住“材料：4横隔板”，拖放至模型窗口选择中横隔板近主梁+y侧间隔单元；树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：14中横隔板2-1”，拖放至模型窗口横隔板建模过程详图选择端横隔板近主梁-y侧间隔单元；树形菜单→工作→截面→左键按住“截面：14中横隔板1-2”，拖放至模型窗口完成中横隔板和端横隔板的建立虚梁、湿接缝建模过程添加截面号为20的宽为112cm的虚横梁单元→建立单元→材料号：3虚梁(C50)；截面号：20虚梁(15*112)；交叉分割：节点、单元，分别连接两边梁近端横隔板节点。单元→建立单元→材料号：3虚梁(C50)；截面号：21；（右侧）单元→建立单元→材料号：3虚梁(C50)；截面号：22；（左侧）交叉分割：节点、单元。添加截面号为21、22的偏心虚横梁添加截面号为19的宽为80cm的虚横梁单元→建立单元→材料号：3虚梁(C50)；截面号：19虚梁(15*80)交叉分割：节点、单元，连接剩余图示虚梁。钝化横隔板单元，选择截面号为19~22的各虚梁；单元→分割单元→等间距，x方向分割数量：5分割各虚横梁为5等份将湿接缝处单元材料赋为C50（横隔板材料除近主梁腹板处以外的材料已为C50）选择虚横梁湿接缝处各单元；树形菜单→工作→材料→左键按住“1：C50”，拖放至模型窗口，将湿接缝处单元材料赋为C50图4.20桥梁结构几何模型示意图为方便选择操作，定义“主梁、支座、横向联接”结构组并赋单元（支座须为节点），如图4.21。“横向联接”组为所有横向联接，包括横隔板和虚横梁，在移动荷载分析中定义车道时要应用。主梁支点（支座）位置如图4.22所示。图4.21定义结构组图4.22支点位置示意图4.3.4建立边界条件选择支点节点，按所示图4.234.3.5设置主梁有效宽度系数4.4装配式预应力混凝土简支梁桥施工阶段分析4.4.1施加施工阶段荷载4.4.1.1设置静力荷载工况4.4.1.2自重4.4.1.3预应力钢束特性值钢束布置形状钢束预应力荷载名称每根钢绞线束数用途7-15.247两边T梁N1（1-N1、5-N1）6-15.246中间T梁N1（2-N1、3-N1、4-N1）5-15.245N2（1-N2、2-N2、3-N2、4-N2、5-N2）钢束布置形状N1N2xyzRxyzR-9800115.50-986070-590002800-7850001150000000002#梁3#梁4#梁5#梁分配单元29to5657to8485to112113to140插入单元437199127钢束预应力荷载4.4.1.4二期恒载4.4.1.5设置材料徐变和收缩图4.244.4.2定义施工阶段4.4.2.1添加施工阶段4.4.2.2设定施工阶段截面特性值调整系数模型窗口：右键→材料和截面特性→截面特性调整系数…4.4.3设置施工阶段分析控制数据4.4.4查看施工阶段结果图4.25边梁上缘应力示意图4.5装配式预应力混凝土简支梁桥成桥运营阶段分析4.5.1设置成桥运营阶段荷载4.5.1.1选择移动荷载规范4.5.1.2设置车道及人行道4.5.1.3设置移动荷载4.5.1.4设置移动荷载工况4.5.2设置移动荷载分析控制数据4.5.3查看成桥运营阶段结果