迈达斯预应力混凝土T梁的分析与设计.docx
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迈达斯预应力混凝土T梁的分析与设计
预应力混凝土连续T梁的分析与设计
北京迈达斯技术有限公司
概要..........................................................................................................................................................2
设置操作环境..........................................................................................................................................6
定义材料和截面......................................................................................................................................7
建立结构模型........................................................................................................................................12
PSC截面钢筋输入................................................................................................................................17
输入荷载................................................................................................................................................18
定义施工阶段........................................................................................................................................26
输入移动荷载数据................................................................................................................................31
运行结构分析........................................................................................................................................35
查看分析结果........................................................................................................................................36
PSC设计................................................................................................................................................51
概要
本例题使用一个简单的预应力混凝土两跨连续梁模型（图1）来重点介绍MIDAS/C
ivil软件的施工阶段分析功能、钢束预应力荷载的输入方法以及查看分析结果的方法、
移动荷载的输入方法和查看分析结果的方法、PSC截面钢筋的输入方法、设计数据的输
入方法和查看分析结果的方法等。
图1.分析模型
桥梁概况及一般截面
分析模型为一个两跨连续梁，其钢束的布置如图2所示，分为两个阶段来施工。
桥梁形式：
两跨连续的预应力混凝土梁
桥梁长度：
L=30@2=60.0m
钢束坐标
区分
x24
（m）
3648
0123060
钢束1z（m）1.50.22.61.8
钢束2z（m）2.02.80.21.5
图2.立面图和剖面图
注：
图2中B表示设置的钢绞线的圆弧的切线点。
预应力混凝土梁的分析与设计步骤
预应力混凝土梁的分析步骤如下。
1.定义材料和截面
2.建立结构模型
3.输入PSC截面钢筋
4.输入荷载
恒荷载
钢束特性和形状
钢束预应力荷载
5.定义施工阶段
6.输入移动荷载数据
定义车道
定义车辆
移动荷载工况
7.运行结构分析
8.查看分析结果
9.PSC设计
PSC设计参数确定
运行设计
查看设计结果
使用的材料及其容许应力
混凝土
采用JTG04（RC）规范的C50混凝土
钢材
采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860
荷载
恒荷载
自重
在程序中按自重输入
预应力
钢束（φ15.2mm×31）
2截面面积:
Au=4340mm
孔道直径:
130mm
钢筋松弛系数（开）,选择JTG04和0.3（低松弛）
超张拉（开）
预应力钢筋抗拉强度标准值（fpk）:
1860N/mm^2
预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:
0.25
管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:
1.5e-006（1/mm）
锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:
开始点:
6mm
结束点:
6mm
张拉力:
抗拉强度标准值的75%
徐变和收缩
条件
水泥种类系数（Bsc）:
5（5代表普通硅酸盐水泥）
28天龄期混凝土立方体抗压强度标准值,即标号强度（fcu,f）:
5000tonf/m^2
长期荷载作用时混凝土的材龄:
to5天
混凝土与大气接触时的材龄:
相对湿度:
RH=70%
t3天
s
大气或养护温度:
T=20°C
构件理论厚度:
程序计算
适用规范:
中国规范（JTGD62-2004）
徐变系数:
程序计算
混凝土收缩变形率:
程序计算
移动荷载
适用规范：
公路工程技术标准（JTGB01-2003）
荷载种类：
公路I级，车道荷载，即CH-CD
设置操作环境
打开新文件（新项目），以‘PSCBeam’为名保存（保存）。
将单位体系设置为‘tonf’和‘m’。
该单位体系可根据输入数据的种类任意转换。
文件/新项目
文件/保存（T-PSC-Beam）
工具/单位体系单位体系还可以通
过点击画面下端状态长度>m;力>tonf条的单位选择键（）来进行转换。
图3.设置单位体系
定义材料和截面
下面定义PSCBeam所使用的混凝土和钢束的材料特性。
模型/材料和截面特性/材料
类型>混凝土;规范>JTG04（RC）
数据库>C50同时定义多种材料
特性时，使用
键可以连续输入。
名称（Strand1860）;类型>钢材;规范>JTG04（S）
数据库>Strand1860
图4.定义材料对话框
定义截面
PSCBeam的截面使用比较简单的T形截面来定义。
模型/材料和截面特性/截面
数据库/用户>截面号
（1）;名称（T-BeamSection）
截面类型>PSC-工形
截面名称:
None
对称:
（开）;剪切验算:
（开）;
Z1自动:
（开）;Z2自动:
（开）
抗剪用最小腹板厚度:
（开）
t1:
自动（开）;t2:
自动（开）;t3:
自动（开）
抗扭用:
（开）
HL1:
0.2;HL2:
0.05;HL3:
1.15;HL4:
0.25;HL5:
0.25
BL1:
0.11;BL2:
0.75;BL4:
0.35;
考虑剪切变形（开）
偏心>中-下部
图5.定义截面的对话框
定义材料时间依存特性并连接
为了考虑徐变、收缩以及抗压强度的变化，下面定义材料的时间依存特性。
材料的时间依存特性参照以下数据来输入。
228天强度:
fck=5000tonf/m
相对湿度:
RH=70%
理论厚度:
1m（采用程序自动计算）
拆模时间:
3天
模型/材料和截面特性/时间依存性材料（徐变和收缩）
名称（ShrinkandCreep）;设计标准>China（JTGD62-2004）
28天材龄抗压强度（5000）
环境年平均相对湿度（40~99）（70）
构件的理论厚度
（1）截面形状比较复杂时，可
使用模型>材料和截面特性水泥种类系数（Bsc）:
5
值>修改单元材料时间依存
特性的功能来输入h值。
开始收缩时的混凝土材龄（3）
图6.定义材料的徐变和收缩特性
修改单元的理论厚度
模型/材料和截面特性/修改单元的材料时间依存特性
选项>添加/替换
单元依存材料特性>构件的理论厚度
自动计算（开）
规范>中国标准
公式为：
a（0）
图7.修改单元理论厚度
参照图8将一般材料特性和时间依存材料特性相连接。
即将时间依存材料特性赋
予相应的材料。
模型/材料和截面特性/时间依存材料连接
时间依存材料类型>徐变和收缩>徐变和收缩
选择指定的材料>材料>1:
C50选择的材料
图8.连接时间依存材料特性
建立结构模型
利用建立节点和扩展单元的功能来建立单元。
点格（关）;捕捉点（关）;捕捉轴线（关）
正面;自动对齐
模型>节点>建立节点
坐标（0,0,0）
模型>单元>扩展单元
全选
扩展类型>节点线单元
单元类型>梁单元;材料>1:
C50;截面>1:
T-Beamsection
生成形式>复制和移动
复制和移动>等间距>dx,dy,dz>（2,0,0）
复制次数>（30）
图9.建立几何模型
定义结构组、边界条件组和荷载组
为了进行施工阶段分析，将在各施工阶段（constructionstage）所要激活和钝化
的单元和边界条件定义为组，并利用组来定义施工阶段。
组>结构租>新建⋯
定义结构组>名称（Structure）;后缀（1to2）
为了利用桥梁内
定义结构组>名称（All）
力图功能查看分析结
果而将其定义为组。
单元号（on）
窗口选择（单元:
1to18）
组>结构组>Structure1（拖&放）
窗口选择（单元:
19to30）
组>结构组>Structure2（拖&放）
全选
组>结构组>All（拖&放）
Drag&Drop
Structure1Structure2
图10.定义结构组（StructureGroup）
新建边界组
边界组名称的建立方法如下。
组>边界组>新建⋯
定义边界组>名称（Boundary）;后缀（1to2）
------------------------------------------------------------
图11.建立边界组（BoundaryGroup）
新建荷载组
恒荷载组和预应力荷载组名称的新建方法如下。
组>荷载组>新建⋯
定义荷载组>名称（Selfweight）
定义荷载组>名称（Prestress）;后缀（1to2）
图12.建立荷载组（LoadGroup）
输入边界条件
边界条件的输入方法如下。
单元号（关）;节点号（开）
模型/边界条件/一般支承
单选（节点:
1）
边界组名称>Boundary1
选择>添加
支承条件类型>Dy,Dz,Rx（开）
单选（节点:
16）
边界组名称>Boundary1
选择>添加
支承条件类型>Dx,Dy,Dz,Rx（开）
单选（节点:
31）
边界组名称>Boundary2
选择>添加
支承条件类型>Dy,Dz,Rx（开）
图13.定义边界条件
PSC截面钢筋输入
PSC截面钢筋输入方法如下
模型>材料和截面特性>PSC截面钢筋⋯
截面列表>T－BeamSection
纵向钢筋
（i,j）两端钢筋信息相同（开）
I端
1直径（d16）数量（14）Ref.Y（中央）Y（0）Ref.Z（上部）Z（0.06）
间距（0.10）
2直径（d16）数量（6）Ref.Y（中央）Y（0）Ref.Z（下部）Z（0.06）
间距（0.10）
抗剪钢筋
（i,j）两端钢筋信息相同（开）
I端
弯起钢筋（开）间距（1.5m）角度（45）Aw（0.000509m^2）
抗扭钢筋（开）间距（0.2m）Awt（0.0002262m^2）Alt（0.0002262m^2）
箍筋（开）间距（0.2m）Aw（0.0002262m^2）
图14.PSC截面钢筋输入
输入荷载
输入施工阶段分析中的自重荷载和预应力荷载。
荷载/静力荷载工况
名称（selfweight）
类型（施工阶段荷载）
名称（Prestress1）
类型（施工阶段荷载）
名称（Prestress2）
类型（施工阶段荷载）
图15.输入静力荷载工况的对话框
输入恒荷载
使用自重功能输入恒荷载。
荷载/自重
荷载工况名称>Selfweight
荷载组名称>Selfweight
自重系数>Z（-1）
图16.输入恒荷载
输入钢束特性值
荷载/预应力荷载/预应力钢束的特性值
预应力钢束的名称（Tendon）;预应力钢束的类型>内部（后张）
材料>2:
Strand1860
钢束总面积（0.00434）
或者
钢铰线公称直径>15.2mm（1x7）
钢铰线股数（31）
导管直径（0.13）;
钢束松弛系数（开）：
JTG041
预应力钢筋抗拉强度标准值（fpk）:
1860N/mm^2
预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:
0.3
管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:
0.0066（1/mm）
锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:
开始点:
0.006m
结束点:
0.006m
粘结类型>粘结
图17.输入钢束特性值
输入钢束形状
首先输入第一跨的钢束形状。
隐藏（开）;单元号（开）;节点号（关）
荷载/预应力荷载/预应力钢束形状
钢束名称（Strand－1）;钢束特性值>Tendon
窗口选择（单元:
1to18）
输入类型>2-D曲线类型>圆弧
钢束直线段>开始点（0）;结束点（0）
无应力场长度：
用户定义长度，开始（0），结束（0）
布置形状
y轴
1>x（0）,y（0）,R（0）,倾斜（无）
2>x（36）,y（0）,R（0）,倾斜（无）
Z轴
1>x（0）,Z
（1）,R（0）
2>x（12）,Z（0.1）,R（20）
3>x（30）,Z（1.7）,R（20）
4>x（36）,Z（1.2）,R（0）
对称点>最后；钢束形状>直线
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,投影（开）
绕主轴旋转角度>（Y）,（0）
图18.定义钢束形状
下面输入第二跨的钢束布置形状。
荷载/预应力荷载/预应力钢束形状
钢束名称（strand－2）;钢束特性值>Tendon
窗口选择（单元:
19to30）
输入类型>2-D曲线类型>圆弧
钢束直线段>开始点（0）;结束点（0）
无应力场长度：
用户定义长度，开始（0），结束（0）
布置形状
y轴
1>x（24）,y（0）,R（0）,倾斜（无）
2>x（60）,y（0）,R（0）,倾斜（无）
Z轴
1>x（24）,Z（1.3）,R（0）
2>x（30）,Z（1.9）,R（20）
3>x（48）,Z（0.1）,R（20）
4>x（60）,Z
（1）,R（0）
对称点>最后；钢束形状>直线
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,投影（开）
绕主轴旋转角度>（Y）,（0）
图19.定义第二跨的钢束布置形状
下面按如下方法确认所输入的钢束的形状。
单元号（关）
显示>综合>钢束形状名称，钢束形状控制点（开）
图20.确认输入的钢束形
输入钢束预应力荷载
定义完钢束的形状后，在各施工阶段施加相应的预应力荷载。
荷载/预应力荷载/钢束预应力荷载
荷载工况名称>Prestress1;荷载组名称>Prestress1
钢束>Strand1已选钢束
选择两端张拉时的
先张拉端。
张拉力>应力;先张拉>开始点
开始点（139500）;结束点（139500）
注浆:
下
（1）定义对钢束孔道注
浆的施工阶段。
注浆前
的应力按实际截面计
算，注浆后按组合成的
截面来计算。
在注浆中
输入了1意味着在张拉
钢束之后的施工阶段
注浆。
图21.输入预应力荷载
输入钢束2的预应力荷载。
荷载/预应力荷载/钢束预应力荷载
荷载工况名称>Prestress2;荷载组名称>Prestress2
钢束>Strand2已选择钢束
张拉力>应力;先张拉>开始点
开始点（139500）;结束点（139500）
注浆:
下
（1）
图22.输入预应力荷载
定义施工阶段
本例题的施工阶段如表1所示。
表1.各施工阶段的结构组、边界组和荷载组
施工持续时结构组边界组荷载组
间（天）
阶段激活钝化激活钝化激活钝化
CS120Structure1Boundary1
Selfweight
Prestress1
CS220Structure2Boundary2Prestress2
CS33650
荷载/施工阶段分析数据/定义施工阶段
图23.施工阶段输入窗口
施工阶段分析模型的阶段是由基本、施工阶段、最后阶段（PostCS）组成的。
基本阶段是对单元进行添加或删除、定义材料、截面、荷载和边界条件的阶段，
可以说与实际施工阶段分析无关，且上述工作只能在基本阶段进行。
施工阶段是进行实际施工阶段分析的阶段，在这里可以更改荷载状况和边界条件。
最后阶段（PostCS）是对除施工阶段荷载以外的其他荷载进行分析的阶段，在该阶
段可以将一般荷载的分析结果和施工阶段分析的结果进行组合。
最后阶段可以被定义
为施工阶段中的任一阶段。
下面定义施工阶段1（CS1）。
荷载/施工阶段分析数据/定义施工阶段
名称（CS1）;持续时间（20）
保存结果>施工阶段（开）;施工步骤（开）
单元
组列表>Structure1
激活>材龄（5）;
边界
组列表>Boundary1
激活>支承条件/弹性支承位置>变形后;
荷载
组列表>Selfweight,prestress1
激活>激活时间>开始;
图24.定义施工阶段1（CS1）
定义施工阶段2（CS2）。
荷载/施工阶段分析数据/定义施工阶段
名称（CS2）;持续时间（20）
保存结果>施工阶段（开）;施工步骤（on）
单元
组列表>Structure2
激活>材龄（5）;
边界
组列表>Boundary2
激活>支承条件/弹性支承位置>变形后;
荷载
组列表>prestress2
激活>激活时间>开始;
图25.定义施工阶段2（CS2）
下面定义施工阶段3（CS3）。
在施工阶段3中结构体系、边界条件、荷载没有
变化，只是进行持续时间为3650天的时间依存性分析。
荷载/施工阶段分析数据/定义施工阶段
名称（CS3）;持续时间（3650）
保存结果>施工阶段（开）;施工步骤（开）
添加子步骤>自动生成>步骤数（29）
图26.定义施工阶段3（CS3）
完成建模和定义施工阶段后，在施工阶段分析选项中选择是否考虑材料的时间依
存特性和弹性收缩引起的钢束应力损失，并指定分析徐变时的收敛条件和迭代次数。
分析/施工阶段分析控制
最后阶段可指定为最终施工阶段>最后施工阶段
任一阶段，通过选择其
它阶段来指定。
分析选项>考虑时间依存效果（开）
时间依存效果
徐变和收缩（开）;类型>徐变和收缩
徐变分析时的收敛控制
迭代次数（5）;收敛误差（0.01）
自动分割时间（开）
选择“自动分割时
间”的话，程序会对持钢束预应力损失（徐变和收缩）（开）
续一定时间以上的施
工阶段，在内部自动生
抗压强度的变化（开）
钢束预应力损失（弹性收缩）（开）成时间步骤来考虑长
期荷载的效果。
图27.指定施工阶段分析选项
输入移动荷载数据
在施工阶段分析中，对于没有将类型定义为施工阶段荷载的一般静力荷载或移动
荷载的分析结果，可在最后阶段进行查看。
本例题将在最后阶段查看对于移动荷载的
分析结果。
荷载/移动荷载分析数据/移动荷载规范/china
荷载/移动荷载分析数据/车道
车道名称（Lane）
车道荷载的分布>车道单元该项为移动荷载加
载方向的选项。
车辆移动方向>往返（开）
偏心距离（0）
桥梁跨度（30）输入
升级会员 