连续梁桥设计专题midas长沙培训.docx
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连续梁桥设计专题midas长沙培训
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midasCivil培训专题集
连续梁桥设计专题
钱江
2011/5/18
目录
1桥梁概况-1-
1.1主要设计指标-1-
1.2相关计算参数-1-
1.3相关设计依据-1-
1.4一般构造及钢束布置-1-
1.4.1一般构造-1-
1.4.2钢束布置-2-
1.5施工过程-4-
2建模分析-5-
2.1模型概述-5-
2.2建模要点-5-
2.2.1定义材料与截面-5-
2.2.2定义节点、单元及边界条件-7-
2.2.3定义时间依存材料特性-7-
2.2.4定义静力荷载工况-8-
2.2.5定义预应力荷载-9-
2.2.6定义移动荷载-10-
2.2.7定义支座沉降-11-
2.2.8定义施工阶段-12-
2.2.9定义结构质量-12-
2.2.10定义梁的有效宽度-12-
2.3分析控制定义-13-
2.3.1定义施工阶段分析控制-13-
2.3.2定义移动荷载分析控制-13-
2.3.3定义特征值分析控制-14-
2.3.4定义主控数据-14-
3结合规范进行设计-14-
3.1定义荷载组合-14-
3.2定义PSC设计-15-
3.2.1定义PSC设计参数-15-
3.2.2定义PSC设计材料-15-
3.2.3定义PSC设计截面位置-15-
3.2.4定义PSC设计计算书输出内容-15-
3.3PSC设计结果-16-
3.3.1正截面抗弯强度验算-16-
3.3.2斜截面抗剪强度验算-16-
3.3.3抗扭强度验算-16-
3.3.4正截面抗裂验算-17-
3.3.5斜截面抗裂验算-17-
3.3.6施工阶段应力验算-17-
3.3.7受拉区预应力钢筋拉应力验算-18-
3.3.8正截面压应力验算-18-
3.3.9斜截面压应力验算-18-
1桥梁概况
1.1主要设计指标
该桥是某一级公路上一座（25m+35m+25m）预应力混凝土等截面连续梁桥，横桥向宽度为12.5m，下部结构采用双柱框架墩，承台接钻孔灌注桩基础。
1）桥梁设计基准期100年；
2）结构设计安全等级一级，A类构件；
3）横向布置：
双幅桥，双向4车道；
4）桥梁全宽：
0.5m（外侧护栏）+11.5m（行车道）+0.5m（内侧护栏）+0.4m（中央分隔带）+0.5m（内侧护栏）+11.5m（行车道）+0.5m（外侧护栏）；
5）设计洪水频率：
1/300，设计流量：
7150m3/s；
6）设计恒载：
钢结构容重78.5KN/m3，钢筋混凝土容重26KN/m3，混凝土铺装和沥青混凝土铺装容重24KN/m3；
7）可变荷载：
汽车荷载：
公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值
kN/m；车道荷载集中荷载标准值，
KN，车道荷载计算剪力效应时，考虑1.2的系数，
KN；
汽车冲击力：
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定取值。
1.2相关计算参数
该桥采用后张法预应力施工，结构验算考虑了施工和使用阶段中预应力损失以及预应力、温度、混凝土收缩徐变等引起的次内力对结构的影响。
相关计算参数如下所示：
1）二期恒载：
桥面铺装：
0.1×11.5×24=27.6KN/m；
防撞护栏：
0.325×26=8.5KN/m；
波形护栏：
0.253×26=6.6KN/m；
横梁实心：
4.410×26=114.66KN/m；
2）预应力管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：
；
3）对于预应力钢筋与管道壁的摩擦系数：
；
4）钢筋松弛系数，Ⅱ级（低松弛），
；
5）锚具变形和接缝压缩值：
（单端）；
6）混凝土收缩龄期3天，加载龄期7天；
7）考虑支座不均匀沉降：
边跨6.25mm，中跨8.75mm；
8）箱梁的有效宽度按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004第4.2.3条计算；
9）竖向日照温差：
℃，
℃，竖向日照反温差为正温差乘以-0.5；
10）年最高气温：
34℃；年最低气温：
-23℃；施工温度为10℃。
整体升温温差：
24℃；整体降温温差：
-33℃；
1.3相关设计依据
1）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；
2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；
3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；
4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
1.4一般构造及钢束布置
1.4.1一般构造
结构采用C50混凝土、桥面混凝土铺装采用C50防水混凝土。
其轴心抗压强度设计值为
Mpa，轴心抗拉强度设计值为
Mpa，弹性模量为
Mpa。
桥梁结构的总体布置如图1-1和图1-2所示：
图1-1边跨25m构造图
图1-2中跨35m构造图
1.4.2钢束布置
预应力钢绞线采用
高强度低松弛钢绞线，其标准强度为
Mpa，张拉控制应力采用
＝1395Mpa，弹性模量为
Mpa。
钢绞线孔道采用预埋桥梁用塑料波纹管，波纹管外径D=77mm。
预应力筋与管道壁摩擦系数
，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数
，预应力钢绞线松驰系数0.3。
普通钢筋采用R235、HRB335级。
R235抗拉、抗压强度设计值
、
均为195Mpa，弹性模量为
Mpa。
HRB335抗拉、抗压强度设计值
、
均为285Mpa，弹性模量为
Mpa。
结构断面布置及预应力钢束布置如图1-3、1-4和1-5所示：
图1-3边跨25m钢束布置示意图
图1-4中跨35m钢束布置示意图
图1-5各断面钢束布置示意图
1.5施工过程
结构采用满堂支架施工，具体如图1-6所示。
图1-6结构施工流程示意图
2建模分析
2.1模型概述
本章以杆系理论为基础进行全桥整体结构分析，构件类型为A类预应力构件。
其设计安全等级为一级，构件制作方法为现浇。
采用梁单元建立模型。
其中梁单元共计80个，节点97个，结构离散图见图2-1。
图2-1全桥结构离散图
结构的边界条件如图2-2所示，在实际支座位置建立节点，而后将主梁节点与支座顶节点用“刚性连接”进行连接，而后将支座节点往下复制20cm，两者之间用弹性连接模拟支座，最后在支座底节点用固定支撑进行约束。
图2-2结构边界条件示意图
全桥采用整体支架现浇，先在支架上浇筑混凝土，养护至规定强度后张拉预应力钢筋，最后进行桥面施工，具体施工阶段划分见表2-1。
表2-1施工阶段划分
NO.
周期（d）
说明
1
30
浇筑中跨混凝土，张拉钢束；
2
30
浇筑边跨混凝土，张拉钢束；
3
30
桥面铺装施工，拆除支架；
4
3650
十年收缩徐变；
2.2建模要点
2.2.1定义材料与截面
在“模型>材料和截面特性>材料”中，定义“C50”的混凝土材料、预应力钢束材料，如图2-3所示。
在“模型>材料和截面特性>截面”中，分别定义结构跨中截面与支点截面，如图2-4所示。
图2-3结构材料定义示意图
图2-4截面定义示意图
注：
若要结合规范进行PSC设计，在定义截面的时候，需要选择“设计截面”中进行定义，同时对于截面中的“剪切验算位置”及“验算用腹板厚度”需要定义，否则会提示“PSC设计数据失败”。
对于跨中截面及支点截面具体参数如图2-5所示，最后再定义“支点-跨中”及“跨中-支点”的变截面，具体如图2-6所示。
图2-5跨中及支点截面示意图
图2-6支点-跨中变截面示意图
2.2.2定义节点、单元及边界条件
在程序中可以用交互输入的方式定义节点与单元，也可以利用与Excel数据交换的功能，建立模型，在此推荐用后面的方式，能大幅提高建模及分析的效率。
将Excel表格中的节点坐标（表2-2所示）数据复制后，粘贴在“树形菜单>表格>节点”中，生成相应节点如图2-7所示。
表2-2Excel中节点坐标表
注：
导入数据的时候，需要保证两者的单位统一，否则导入后计算出错。
同时对于从CAD中导入平面线型，打开消隐，在midasCivil中显示是x-y平面上，若要将其调整至是x-z平面上，可以将“节点—表格”的数据，拷入Excel中，而后对y和z的坐标进行互换，而后将修正后的坐标重新粘贴至“节点—表格”中即可。
同时还可以利用表格的功能，进行荷载、边界条件定义，非常方便。
图2-7模型中节点坐标
连接节点1和节点81，建立单元，并交叉分割，生成全桥单元，并赋予相应的截面，最后根据支座的位置，建立支座的空间节点，定义相应的边界条件，见图2-8所示。
图2-8定义节点单元及边界
注：
在端横梁和中横梁处，建议不用实心截面进行模拟，用旁边的空心截面进行模拟，同时实心部分用等效荷载的方式代替；若用实心截面代替，则此处的中性轴有较大的突变，对于计算结果读取反而有影响，具体说明可以参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中第4.2.6条的规定。
2.2.3定义时间依存材料特性
在“模型>材料和截面特性>时间依存材料（徐变/收缩）”中，定义C50混凝土收缩徐变特性，具体如图2-9所示。
图2-9定义混凝土收缩徐变特性
注：
定义收缩徐变时，需要注意标号强度不要输错，对于C50混凝土的定义，许多工程师经常输入5000KN/m2，导致后续计算中出现奇异或警告等信息；
同时由于单元的构件理论厚度都不一样，因此在此先输入一个非0值，最后利用“修改单元时间依存材料特性”的功能，重新计算构件理论厚度，如图2-10所示。
图2-10修改单元的构件理论厚度
2.2.4定义静力荷载工况
在“荷载>静力荷载工况”中，定义荷载工况类型，如图2-11所示。
“施工阶段荷载（CS）”仅在施工阶段分析时起作用，在成桥阶段不起作用。
为了避免在进行自动荷载组合时，发生相同荷载重复作用，建议在施工阶段作用的荷载，其荷载类型最好定义为“施工阶段荷载（CS）”。
图2-11定义静力荷载工况
而后分别定义自重，二期，横梁自重等，温度等荷载工况，具体数值详见模型“连续梁桥设计”。
注：
在模型中，在定义整体升降温和梁截面温度时，为了防止出现错误，建议初始温度选择0℃。
对于midasCivil中，混凝土重量为25KN/m3，若要将其改成26KN/m3，可以在自重工况考虑-1.04的系数，如图2-12所示。
图2-12定义自重工况
2.2.5定义预应力荷载
在“荷载>预应力荷载>钢束特征值”中，定义钢束特征值，如图2-13所示。
图2-13定义钢束特征值
注：
定义钢束特征值时，对于导管直径不要输错，有很多工程师，把导管直径定义为0.9m，导致计算中出现歧义，容易对计算者产生误导，检查边界条件，而不会注意到钢束特征值的问题。
在“荷载>预应力荷载>钢束布置形状”中，先定义中跨的中腹板钢束，依据钢束线型，选用“直线”，输入坐标数据；而后再将生成好的钢束，进行左右复制，分别定义中跨边腹板的钢束，按同样的方法，完成边跨腹板钢束的定义，如图2-14
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