MIDAS例题连续梁要点.docx

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MIDAS例题连续梁要点

4×30m连续梁结构分析

对4*30m结构进行分析的第一步工作是对结构进行分析，确定结构的有限元离散，确定各项参数和结构的情况，并在此基础上进行建模和结构计算。

建立斜连续梁结构模型的详细步骤如下。

1.设定建模环境

2.设置结构类型

3.定义材料和截面特性值

4.建立结构梁单元模型

5.定义结构组

6.定义边界组

7.定义荷载组

8.定义移动荷载

9.定义施工阶段

10.运行结构分析

11.查看结果

设计

13.取一个单元做横向分析

概要：

在城市桥梁建设由于受到地形、美观等诸多方面的限制，连续梁结构成为其中应用的最多的桥梁形式。

同时，随着现代科技的发展，连续梁结构也变得越来越轻盈，更能满足城市对桥梁的景观要求。

本文中的例子采用一座4×30m的连续梁结构（如图1所示）。

1、桥梁基本数据

桥梁跨径布置：

4×30m＝120；

桥梁宽度：

（栏杆）＋（人行道）＋（机动车道）＋（人行道）+（栏杆）＝；

主梁高度：

；支座处实体段为；

行车道数：

双向四车道＋2人行道

桥梁横坡：

机动车道向外％，人行道向内％；

施工方法：

满堂支架施工；

图11/2全桥立面图和标准断面

2、主要材料及其参数

混凝土各项力学指标见表1

表1

C50

C40

C25

弹性模量（MPa）

34500

32500

28000

剪切模量（MPa）

13800

13000

11200

泊桑比

轴心抗压强度标准值（MPa）

轴心抗拉强度标准值（MPa）

轴心抗压强度设计值（MPa）

轴心抗拉强度设计值（MPa）

热膨胀系数

低松弛钢绞线（主要用于钢筋混凝土预应力构件）

直径：

弹性模量：

195000MPa

标准强度：

1860MPa

抗拉强度设计值：

1260MPa

抗压强度设计值:

390MPa

张拉控制应力：

1395MPa

热膨胀系数：

普通钢筋

采用R235、HRB335钢筋，直径：

8～32mm

弹性模量：

R235210000MPa/HRB335200000MPa

标准强度：

R235235MPa/HRB335335MPa

热膨胀系数：

3、设计荷载取值：

恒载：

一期恒载包括主梁材料重量，混凝土容重取25KN/m3。

二期恒载：

人行道、护栏及桥面铺装等（该桥梁上不通过电信管道、水管等）。

其中：

桥面铺装：

采用10cm的沥青混凝土铺装层；沥青混凝土安每立方24kN计算，则计算铺装宽度为15m，桥面每米铺装沥青混凝土重量为：

×24×15＝m；

人行道：

人行道按照每侧18KN/m考虑；

栏杆：

按照每侧每米470kg计算，即按照m；

二期恒载合计：

85kN/m

活载

车辆荷载：

公路Ⅰ级；

人群荷载：

m22；）

温度力

①系统温度：

升温25℃、降温－15℃；

②箱梁截面上下缘温度梯度变化参考新规范（《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004））第条取用。

图2竖向梯度温度（梁截面温度）

不均匀沉降

考虑到桩均为嵌岩桩，所以在本计算算例中不考虑支座沉降的问题。

强度发展

强度发展采用CEB-FIP规范的公式：

，式中：

表示混凝土的28天强度；

时间参数；

表示水泥种类，早强高强水泥选，一般水泥或早强水泥选，缓凝水泥选。

4、结构有限单元离散

在4×30连续梁结构计算分析中，考虑到结构的受力特点（主梁为预应力结构、桥墩为普通钢军混凝土结构）分别建模计算分析，在此文本中仅考虑预应力混凝土梁的结构分析，建模时仅建主梁模型，桥墩及基础等均不在建模计算范围内。

一、设定建模环境

为了做连续梁施工阶段和成桥阶段分析首先打开新项目“4×30连续梁”为名保存文件，开始建立模型。

单位体系设置为“m”和“N”。

该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意更换。

文件/

新项目

文件/

保存（4×30连续梁）

工具/单位体系

长度＞m；力＞N

图3设定建模环境及单位体系

二、设置结构类型

由于是连续梁结构，所以在做结构计算的时候没有必要选择3-D分析，只需要考虑平面分析即可以，这样即可以减少在定义约束条件时出现的问题，同时又能保证结构设计的质量。

模型>结构类型----

结构类型（X-Z平面）

将结构的自重转换为自重（按集中质量考虑>转换到Z）

图4设置结构类型

三、定义材料和截面特性值

1、定义材料

输入主梁的材料特性值。

在材料和截面对话框中选择材料表单点击按

钮。

模型/材料和截面特性/

材料

材料号：

名称：

（C50）

设计类型：

混凝土

混凝土：

规范：

（JTG04（RC））

数据库：

C50

按上述方法参照表1输入混凝土和预应力钢绞线的材料特性值。

表1.材料特性值

序号

项目

设计类型

规范

数据库

C50混凝土

混凝土

JTG04（RC）

C50

预应力钢绞线

钢材

JTG04（S）

Strand1860

图5定义材料特性值1

定义多种材料时，使用

按钮会更方便一些。

图6定义材料特性值2

定义时间依存性材料（收缩和徐变）

模型/材料和截面特性/时间依存性材料（收缩和徐变）/添加/

名称：

C50混凝土；设计规范：

china（JTGD62-2004）

28天强度：

50N/mm2；环境年平均相对湿度：

70％；

构件理论厚度：

1000mm；水泥种类系数：

5；收缩开始时的混凝土龄期：

3天；

点击：

按钮。

图7定义时间依存性材料

定义时间依存性材料（抗压强度）

模型/材料和截面特性/时间依存性材料（强度）/添加/

名称：

C50；类型：

设计规范；强度发展――规范：

CEB-FIP；

混凝土28天抗压强度：

50N/mm2；水泥类型：

N,R:

点击

按钮

图8定义时间依存材料（抗压强度）

时间依存性材料连接：

徐变和收缩：

C50混凝土；强度进展：

C50；选择指定材料：

C50混凝土，点击

按钮；

操作：

点击

按钮

图9时间依存性材料连接

2、定义截面特性值

输入预应力混凝土梁的截面特性值。

在材料和截面特性对话框的截面表单选择

按钮。

图10定义截面

在该连续梁中，截面高度是变化的，同时底板和肋的厚度也是变化的，故在做设计时候先定义标准的等截面，然后再定义变截面。

截面/添加---/设计截面/单箱多室2

截面号：

1名称：

实体段对称（√）室数（3）板宽（）m

室类型：

多变形

外轮廓尺寸

H01（）；H02（）；H04（）B01（）B03（）B04

内轮廓尺寸

HI1（）HI6（）BI1（）BI6（）

点击

图11实体段标准截面

其余各截面的输入见图12～16所示（具体截面参数见结构参数示意图）。

图127号截面（等截面区截面）

图133号截面

图144号截面

图155号截面

图168号截面

由于有一部分结构为变截面，所以需要定义变截面，具体操作步骤如下：

截面

F01钢束形状参数（单位：

m）

钢束布置插入点：

0，0，0；

假想X轴方向：

X（·）；

绕x轴旋转角度：

0；

绕主轴旋转角度：

Y，0；

点击?

按钮

图35钢束输入示意图

按照同样的方式进行其余各束的钢束布置形状的输入。

其余各束的钢束布置形状参数见表6～22所示。

表5.预应力钢束特征参数及数量表

钢束名称

钢束特性值

钢束数量

钢束名称

钢束特性值

钢束数量

F01

F10

F02

FD1

F03

FD2

F04

FD3

F05

F06

F07

F08

F09

TC1

表6.F02钢束形状参数（单位：

m）

表8.F04钢束形状参数（单位：

m）

表10.F06钢束形状参数（单位：

m）

表12.F08钢束形状参数（单位：

m）

表钢束形状参数（单位：

m）

表9.F05钢束形状参数（单位：

m）

表11.F07钢束形状参数（单位：

m）

表13.F09钢束形状参数（单位：

m）

表14.F10钢束形状参数（单位：

m）

注：

表6～15，插入点均为（0,0,0）

表16FD1钢束形状参数（单位：

m）

插入点,0,0）

表18.TC1钢束形状参数

插入点（0，0，0）

表21N3钢束形状参数（单位：

m）

插入点（,0,0）

表15.FD2钢束形状参数（单位：

m）

表17.FD3钢束形状参数（单位：

m）

插入点,0,0）

表19N1钢束形状参数（单位：

m）

表20N2钢束形状参数（单位：

m）

插入点（,0,0）

表22.N4钢束布置形状参数（单位：

m）

插入点（,0,0）

张拉预应力钢束：

图36张拉钢束示意图

钢束张拉：

荷载/预应力荷载/钢束预应力荷载

荷载工况：

预应力；荷载组名称：

预应力；

选择加载的预应力钢束：

F01、F02、F03、TC1、N2、N3

张拉力：

（·）应力；先张拉：

两端；

开始点：

1395N/mm2；结束点：

1395N/mm2；

注浆：

下0个施工阶段；

点击：

按钮

选择加载的预应力钢束：

F04、F06、F08、F09、F10、FD1~3、N4

张拉力：

（·）应力；先张拉：

开始点

开始点：

1395N/mm2；结束点：

0N/mm2；

注浆：

下0个施工阶段；

点击：

按钮

选择加载的预应力钢束：

F05、F07、N1

张拉力：

（·）应力；先张拉：

结束点

开始点：

0N/mm2；结束点：

1395N/mm2；

注浆：

下0个施工阶段；

点击：

按钮

输入系统温度：

根据当地的气候条件，确定结构物的系统温度；本结构中暂定系统升温为30℃，降温为-15℃。

具体的超作见图：

荷载/温度荷载/系统温度……

荷载工况名称：

系统温升；荷载组名称：

默认；

最终温度：

30；

点击按钮；

荷载工况名称：

系统温升；荷载组名称：

默认；

最终温度：

-15；

点击按钮；

系统温升见1所示，系统温降见2所示

图37输入系统温升、温降示意图

温度梯度输入

根据本结构所处环境的条件，本结构铺装为16cm沥青混凝土铺装层，所以温度梯度数据见图2温度梯度所示。

荷载/温度荷载/梁截面温度……

荷载工况名称：

梁截面温升；荷载组名称：

默认；

选项：

（·）添加；截面类型：

（·）一般截面；方向：

（·）局部-z；

参考位置：

（·）边（顶）；

截面温度：

材料特性：

（·）单元

B1：

20m；H1：

0；H2：

；T114℃；T2℃；

B2：

20m；H1：

；H2：

；T1℃；T2℃；

B1：

7m；H1：

；H2：

；T1℃；T20℃；

按

按钮，选择单元1～78号；

点击按钮；

图38输入梁截面温升数据

荷载/温度荷载/梁截面温度……

荷载工况名称：

梁截面温升；荷载组名称：

默认；

选项：

（·）添加；截面类型：

（·）一般截面；方向：

（·）局部-z；

参考位置：

（·）边（顶）；

截面温度：

材料特性：

（·）单元

B1：

20m；H1：

0；H2：

；T1-7℃；T2℃；

B2：

20m；H1：

；H2：

；T1℃；T2℃；

B1：

7m；H1：

；H2：

；T1℃；T20℃；

按

按钮，选择单元1～78号；

点击按钮；

图38输入梁截面温降数据

8、定义移动荷载

该结构桥宽，桥梁横向布置为（栏杆）＋（人行道）＋（机动车道）＋（人行道）+（栏杆），也即该结构有2个人行道和4个车行道，选用车辆荷载为公路Ⅰ级。

人群荷载根据规范，选用m2。

输入移动荷载

树形菜单/移动荷载分析

鼠标左键点击：

移动荷载规范；

选择移动荷载规范：

移动荷载规范——china；

点击

按钮。

图39选择移动荷载规范

定义车道

树形菜单/移动荷载分析/车道

车道：

点击按钮。

车道名称：

C1;

车辆荷载的分布：

车道单元；

车辆运动方向：

往返；

偏心距：

－；车轮间距：

；桥梁跨度：

30m；

选择：

（·）两点；节点（1，79）

跨度起点：

单元2、21、40、59、78；

点击按钮。

图40定义车道C1

同理重复进行上述步骤，建立其余3个车行道和两个人行道，各车道和人行道的关键参数见表23所示。

表23各车道关键参数

车道名称

偏心距

车轮间距

桥梁跨度

（m）

建立车辆：

树形菜单/移动荷载分析/车辆（左键双击）

车梁：

点击按钮；

定义标准车辆荷载：

规范名称：

公路工程技术标准（JTGB01-2003）;

车辆荷载：

车辆荷载名称：

CH-CD

车辆荷载类型：

CH-CD

点击按钮；

定义人群荷载

用户定义/用户定义的车辆荷载

荷载类型：

（·）人群荷载，新公路人群荷载类型；

车辆荷载名称：

rq；

人群荷载：

dWmL<＝50m；

dWmL>50m；

Width

点击按钮；

图41定义标准车辆荷载

图42定义人群荷载

建立移动荷载

具体的超作步骤见图43和图44的箭头指示。

树形菜单/移动荷载分析/移动荷载工况

移动荷载工况：

点击按钮。

荷载工况名称：

点击按钮；

子荷载工况

荷载工况数据：

车辆组：

VL:

CH-CD；系数：

加载最少车道数：

1；

加载最多车道数：

4；

分配车道

左键点击C1~4，然后点击1，其后点击2，即完成第一个子工况的定义

点击按钮。

点击按钮；

子荷载工况

荷载工况数据：

车辆组：

VL:

rq；系数：

加载最少车道数：

1；

加载最多车道数：

2；

分配车道

左键点击C1~4，然后点击3，其后点击4，即完成第一个子工况的定义

点击按钮。

点击移动荷载工况左下角的确定按钮，即完成荷载工况的定义。

图43定义荷载工况1

图44定义荷载工况2

定义移动荷载分析

分析/移动荷载分析控制

荷载控制位置：

（·）影响线加载;生成影响点：

（·每个线单元上影响点数量（3）

计算位置：

杆系单元——（·）内力（最大值＋当前其他内力）

（√）应力

计算选项：

（√）反力（·）全部

（√）位移（·）全部

（√）内力（·）全部

（√）桥梁等级（JTGB01-2003）（·）公路Ⅰ级；

冲击系数：

规范类型：

JTGD60-2004;

结构基频方法：

用户输入；

f[Hz]=

点击按钮。

图45定义移动荷载分析

9、定义施工阶段

该结构为4×30m连续梁结构，根据该结构特点该结构的施工阶段划分为5个阶段，分别为：

主梁浇注、张拉预应力、拆除支架、铺装和成桥。

各具体参数分别见图47～50所示。

荷载/施工阶段分析数据/定义施工阶段

点击按钮；

施工阶段：

名称：

主梁浇注；持续时间：

30；

保存结果：

（√）施工阶段；（√）施工步骤；

添加子步：

3，10

单元：

左键点击jg，材龄60天，然后点击按钮；

左键点击mt，材龄0天，然后点击按钮

边界——激活：

（·）变形后；

在组列表里左键点击gd，mt，然后点击按钮

荷载：

自重，激活——开始，然后点击按钮。

图46定义施工阶段

图47定义主梁浇注阶段

图48定义张拉预应力阶段

图49定义拆除支架阶段

图50定义铺装阶段

图51定义成桥阶段

定义施工阶段分析控制参数

分析/施工阶段分析控制……

最终施工阶段：

（·）最后施工阶段；

分析选项：

（√）考虑时间依存效果（累加模型）

时间依存效果：

（√）徐变和收缩；（·）徐变和收缩

徐变：

徐变分析时的收敛控制——迭代次数（5），收敛误差（）

（√）自动分割时间：

T>10

（2），T>100（5），T>1000（7），T>5000（10）

T>10000（20）

（√）钢束预应力损失（收缩和徐变）；

（√）抗压强度的变化；（√）钢束预应力损失（弹性收缩）；

（√）保存当前阶段的结果（梁/桁架）

点击按钮。

图52施工阶段分析控制

点击

运行结构计算分析

图53运行计算分析

10、查看结果

10．1定义荷载组合

结果/混凝土设计/自动生成

选择荷载组合：

选项:

（·）添加；选择规范：

混凝土；设计规范：

JTGD60-2004;

施工阶段荷载工况：

（·）ST＋CT；

荷载组合类型：

（√）承载能力极限状态设计

（√）基本组合

（√）偶然组合

（√）正常使用极限状态

（√）弹性阶段截面应力计算

点击按钮

图54定义荷载组合

查看施工阶段结果

在计算分析完成后，通过后处理可以查看计算的成果，在本文中主要通过查看施工阶段的结果来说明如何查看计算成果。

结果/反力

阶段选择：

成桥阶段，见图55的1所示。

图55查看成桥阶段结构计算结果

察看成桥计算应力、反力、内力及应力。

反力

荷载工况/荷载组合：

CS：

合计；

步骤：

最后；

反力：

（·）FZ

显示类型：

（√）数值…；（√）图例…；【点击数值后面的…（见图56所示步骤）】

小数点以下位数：

1位；（√）适用于选择确认时；

图56确定数值显示参数

图57查看成桥阶段反力

位移

在本文本中仅查看恒载产生的位移。

位移/变形形状

荷载工况/荷载组合：

CS：

恒载；

步骤：

最后；

位移：

（·）DZ

显示类型：

（√）数值…；（√）图例…；【点击数值后面的…（见图58所示步骤）】

小数点以下位数：

0位；（√）适用于选择确认时；

图58定义反力数值显示参数

图59查看成桥阶段位移

内力

在本文本中仅查看恒载产生的结构内力（My）（单位为KN，m）。

内力/梁单元内力图

荷载工况/荷载组合：

CS：

恒载；

步骤：

最后；

内力：

（·）My

显示选项：

（·）5点，（·）线涂色；

显示类型：

（√）等值线；（√）数值…；（√）图例…；【点击数值后面的…（见图58所示步骤）】

输出位置：

（√）I

小数点以下位数：

0位；（√）适用于选择确认时；

图60查看成桥阶段恒载内力图

应力

在本文本中仅查看恒载产生的结构应力（Sig-xx（弯矩－y））（单位为KN，m）。

应力/梁应力（PS

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