普通钢筋混凝土桥梁结构施工阶段模拟.docx

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普通钢筋混凝土桥梁结构施工阶段模拟

装配式钢筋混凝土简支T梁施工阶段分析

及RC设计例题

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1、结构描述............................................................................................................................3

2、建立模型............................................................................................................................4

3、定义荷载............................................................................................................................7

4、定义施工阶段..................................................................................................................12

5、执行分析及后处理..........................................................................................................13

6、RC设计...........................................................................................................................15

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装配式钢筋混凝土简支T梁施工阶段分析及RC设计例题

本模型模拟的是普通钢筋混凝土简支梁桥的预制拼装过程，并对上部梁结构和下部墩柱按照JTGD62规范进行各项验算。

例题参考《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》P132页（张树仁等著，人民交通出版社）。

一、结构描述

1、设计资料

（1）桥面净宽

（2）设计荷载

1321m

公路-Ⅱ级汽车荷载

人群荷载

3.5KN/m

2

结构重要性系数

（3）材料规格

01.1

钢筋：

主筋采用HRB400钢筋相对界限受压区高度b0.53

箍筋采用HRB335钢筋混凝土：

主梁采用C30混凝土

（4）截面形式

图1T梁横断面尺寸（单位：

mm）

2、结构描述

装配式简支梁桥，桥墩为双柱墩，采用矩形断面，混凝土采用C30。

首先施工桥墩，然后对称吊装RC预制T梁，首先吊装中间的两片纵梁，并通过横梁体系将相邻两片纵梁连为整体。

在最后一个阶段，加载铺装荷载。

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二、建立模型

1、首先定义模型中涉及的材料和截面类型，如下表所示

表1

构件

材料

截面

截面对齐方式

尺寸（mm）

T梁

JTG04（RC）-

C30

设计截面〉T形截面

顶对齐

1780x1000x100x240

盖梁

JTG04（RC）-

C30

设计截面〉中腹板截

面

顶对齐

400x500，400x300

桥墩

JTG04（RC）-

C30

数据库〉矩形截面

中心对齐

800x400

虚拟横梁

JTG04（RC）-

C30

数据库〉矩形截面

顶对齐

1000x120，500x120

2、然后建立有限元结构模型

结构建模根据个人习惯有多种方式，这里采用由上至下的建模方法。

1）首先建立一片T梁，然后通过复制功能生成8片纵梁；

2）

图2建立纵梁单元

然后建立模拟纵梁间横向联系作用的虚拟横梁；除端部两根横梁采用500x120mm的矩形断面外，其他的横梁均属于标准横梁。

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3）

图3建立横梁单元

通过将纵梁端部节点向下复制T梁高1m建立梁底节点，同时也是支座支承点位置，再将支承点向下复制支座高度0.1m建立盖梁顶部节点；

4）

图4通过向下复制横梁节点建立支座支承节点和盖梁顶点

（注：

图示上面第一层节点为横梁节点，第二层是支座支承顶点，第三层是盖梁顶点，为模拟盖梁端部变截面段，在盖梁端部向外侧1m的位置建立了两个节点作为盖梁悬挑段的端点）

盖梁总长度为14.06m，为矩形断面，端部为2.58m变截面矩形梁段，中间为8.9m等截面，盖梁端部最小截面高度为0.3m，中部截面高度为0.5m；

首先定义两个变截面（盖梁截面由大到小的变截面和盖梁由小到大的变截面），分别赋予盖梁的两个悬挑段，此时得到的盖梁形式如下图所示——

图5赋予变截面后盖梁消隐模型

显然悬挑段的变截面是不对的，因为变截面适用的单元有多个，因此需要定义

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变截面组，如下图所示定义盖梁断面由大到小，以及由小到大的变截面组——

图6定义盖梁断面由大到小的变截面组

5）

图7定义盖梁断面由小到大的变截面组

将3号纵梁和6号纵梁对应的盖梁上节点向下复制盖梁高度0.5m，然后对复制生成的4个节点通过扩展单元功能生成3m高桥墩

3、定义结构组并分配结构组单元

根据施工过程的特点将整个结构分为以下几个结构组：

桥墩、盖梁、纵梁1~8、支座节点、横梁1~7。

分别对应于分阶段施工的桥墩部分单元、盖梁部分单元、分阶段吊装的1~8号纵梁单元、纵梁间的横向虚拟梁单元1~8。

其中纵梁按照沿y正向分别为纵梁1~8结构组。

横梁按照沿y正向分别为横梁1~7结构组。

图8定义纵梁结构组

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4、定义边界条件同时指定边界组

根据施工过程的特点将边界组定义如下：

墩底固结、盖梁固结、支座1~8，分别对应桥墩底部固结、盖梁与墩顶的连接、纵梁与盖梁和支座点的连接关系。

然后定义各个边界条件——

对于墩底约束，通过边界〉一般支承，指定边界组信息为墩底固结，选择约束D-ALL和R-ALL约束墩底节点；

对于墩顶与盖梁的连接关系，通过边界〉弹性连接〉刚性，指定边界组信息为盖梁固结，按顺序点取墩顶节点及对应的盖梁节点，共定义4个刚性弹性连接；对于盖梁顶与支座支承点的连接关系，根据支座支承点的所对应的纵梁编号n，通过边界〉弹性连接〉刚性，指定边界组信息为支座n，按顺序点取盖梁顶节点及对应的支座支承节点，共定义16个刚性弹性连接；

对于支座支承点与主梁的连接关系，根据支座支承点所对应的主梁编号n，通过边界〉弹性连接〉一般，指定边界组信息为支座n，按照表2的支座刚度信息，按顺序点取支座支承节点及对应的主梁节点，共定义16个一般弹性连接；

支座类型/刚度

适用于支座

组

滑动100000

右侧支座

1~4，支座

6~8

滑动110000

右侧支座5

固定101000

左侧支座

1~4，支座

6~8

固定111000

左侧支座5

图9弹性连接模拟支座刚度

注：

100000表示SDx、SDy、SDz、SRx、SRy、SRz方向是否有刚度，1表有刚度，0表示无刚度。

刚度均以10000KN/m。

三、定义荷载

每种荷载工况定义时都需要对应一定的荷载工况，在进行施工阶段分析时，对于在施工阶段作用的荷载还要指定其对应的荷载组，因此通常在定义荷载前首先定义荷载工况名称和荷载组名称，当然荷载条件相对简单的模型来说，在定义荷载工况的同时也可以时时定义荷载工况名称和定义荷载组名称。

本模型中涉及三种荷载：

结构自重，铺装荷载，公路-Ⅱ级车道荷载。

（*其中移动荷载通过程序的移动荷载功能自动生成荷载工况）

荷载工况名称

荷载类型

荷载组

说明

自重

施工阶段荷载

自重

模拟结构自重

铺装

施工阶段荷载

铺装

荷载工况名称定义如下图所示——

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图10荷载工况名称定义

荷载组定义如下图所示——

图11荷载组名称定义

下面分别定义自重、铺装和移动荷载。

自重荷载定义如下图所示——注意图示位置的选择即可。

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图12自重荷载工况定义

自重荷载工况的模拟

铺装荷载定义如下图所示——注意图示位置的信息输入。

同时铺装荷载采用梁单元均布荷载模拟，铺装荷载作用的单元选择8片纵梁单元。

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图13铺装荷载工况定义

使用梁单元荷载定义铺装

移动荷载定义时，分为五个步骤——选择移动荷载规范、定义车道、定义车辆、定义移动荷载规范、指定移动荷载分析控制数据。

相关命令为“荷载〉移动荷载分析数据〉....”。

因为本模型中各纵梁通过虚拟横梁连接，因此在定义车道时选择横梁布载方法，将所有横梁定义为一个结构组。

图14横梁组定义窗口

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图15移动荷载分析数据菜单

图16车道定义

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图17移动荷载工况定义

图18移动荷载分析控制数据

四、定义施工阶段

施工采用先浇注桥墩和盖梁，然后分片对称吊装T梁的方法，最后通过桥面铺装将所

有纵梁连接成整体。

具体施工阶段信息如下表所示：

表2

阶段名称

施工构件

结构组

边界组

荷载组

1-桥墩施工

现浇混凝土桥墩

桥墩

墩底固结

自重

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2-盖梁施工

浇注混凝土盖梁

盖梁

盖梁固结

——

3-纵梁4、5

架设4、5号纵

梁

纵梁4，纵梁

5，横梁4

支座4、5

——

4-纵梁3、6

架设3、6号纵

梁

纵梁3，纵梁

6，横梁3，横梁5

支座3、6

——

5-纵梁2、7

架设2、7号纵

梁

纵梁2，纵梁

7，横梁2，横梁6

支座2、7

——

6-纵梁1、8

架设1、8号纵

梁

纵梁1，纵梁

8，横梁1，横梁7

支座1、8

——

7-铺装

——

——

——

铺装

Tip：

根据施工的特点，定义结构组、边界组、荷载组，对施工阶段的定义起到事半功倍的作用。

施工阶段分析模型的检查方法：

可以采用在模型窗口中显示所有的荷载和边界条件的方式，逐一查看每个阶段的结构、边界、荷载情况。

通常对于施工阶段模型，最容易遗漏的就是边界条件的分配。

显示荷载和边界，可以在“视图〉显示...”来选择，如下图所示。

图19在显示选项里选择显示所有荷载和边界条件

五、执行分析及后处理

在执行分析前，要定义各项分析控制选项，本模型涉及移动荷载分析、施工阶段分析，因此需要分别定义移动荷载分析控制选项和施工阶段分析控制选项，前者我们在移动荷载工况定义中已经定义，只需定义后者即可。

在“分析〉施工阶段分析控制选项”中指定施

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工阶段分析的参数。

因为本模型不涉及混凝土收缩徐变、混凝土强度发展，因此不考虑时间依存效果。

仅进行一般的施工阶段分析就可以了。

图20施工阶段分析控制选项

定义好各项分析控制选项后，就可以执行运行分析了。

分析完成后，通过结果菜单可以查看各种分析结果。

分析结果可以通过图形、结果表格、文本形式输出。

这里主要介绍施工阶段分析结果和移动荷载分析结果的查看。

施工阶段分析结果查看时，需要将阶段显示在要查看的施工阶段，然后选择结果中欲查看的分析结果就可以了。

如下图所示——

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六、RC设计

无论是PSC设计还是RC设计都是在后处理进行的。

RC设计的基本步骤如下列图所示：

1）建立施工阶段分析模型——梁截面必须选择“设计截面”，柱截面必须选择“数据库/用户”，梁截面必须定义截面钢筋；

图21梁截面和柱截面定义

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2）

图22梁截面配筋和柱截面配筋

定义验算用荷载组合——可以采用程序自动生成，也可以用户自定义；

3）

图23生成验算用荷载组合

定义RC设计参数——对于柱构件计算长度需在“设计〉一般设计参数〉自由长度”和“设计〉一般设计参数〉计算长度系数”中定义；

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图24定义验算用材料力学性能

4）

图25定义柱构件计算长度

指定验算用截面位置和计算书中输出截面位置；

选择控制结构验算的纵梁单元和桥墩单元作为设计截面位置，并指定在计算书中输出哪些验算单元的详细验算过程。

本模型因为结构对称，荷载对称，因此仅对左半跨主梁和四根墩柱进行RC设计。

本模型选择靠近左侧的跨中纵梁单元和左侧墩底单元作为计算书输出单元。

5）RC设计——分别执行“RC梁设计”和“RC柱设计”；

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图26运行RC设计

6）RC设计结果表格查看——分别查看“设计〉RC梁的设计结果”和“设计〉RC柱的设计结果”；

或者可以从树形菜单的表格中查看

图27输出RC设计验算结果

7）RC设计计算书查看——选择“设计〉RC设计〉输出RC设计计算书”。

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图28RC设计计算书截取

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