MIDAS例题连续梁要点.docx
《MIDAS例题连续梁要点.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《MIDAS例题连续梁要点.docx(41页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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:
1
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
1
C50混凝土
混凝土
JTG04(RC)
C50
2
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)
X
Y
Z
R
0
0
0
10
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
10
0
0
0
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
15
4
F10
12
10
F02
15
4
FD1
15
4
F03
15
4
FD2
15
4
F04
15
4
FD3
15
4
F05
15
4
N1
7
6
F06
12
6
N2
7
6
F07
12
6
N3
7
6
F08
12
10
N4
7
6
F09
12
10
TC1
9
6
表6.F02钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
0
10
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
10
0
0
0
表8.F04钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
0
0
0
6
0
0
表10.F06钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
6
0
0
表12.F08钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
4
0
6
0
0
表钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
0
0
10
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
6
0
10
0
0
0
表9.F05钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
6
0
6
0
0
表11.F07钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
6
0
0
表13.F09钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
4
0
6
0
0
表14.F10钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
6
0
6
0
0
注:
表6~15,插入点均为(0,0,0)
表16FD1钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
4
0
6
8
0
0
插入点,0,0)
表18.TC1钢束形状参数
X
Y
Z
R
0
0
0
0
插入点(0,0,0)
表21N3钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
22
0
0
插入点(,0,0)
表15.FD2钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
6
0
0
表17.FD3钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
4
0
6
8
0
0
插入点,0,0)
表19N1钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
0
0
表20N2钢束形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
22
0
0
插入点(,0,0)
表22.N4钢束布置形状参数(单位:
m)
X
Y
Z
R
0
0
0
22
0
0
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)
(m)
(m)
C1
30
C2
30
C3
30
C4
30
R1
0
30
R2
0
30
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:
1;
点击按钮;
子荷载工况
荷载工况数据:
车辆组:
VL:
CH-CD;系数:
1
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:
1
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