迈达斯预应力混凝土T梁的分析与设计.docx

1、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 . 12PSC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. 36PSC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/Civil 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

2、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 = 302 = 60.0 m钢束坐标区 分 x 24(m)36 480 12 30 60钢束1 z (m) 1.5 0.2 2.6 1.8钢束2 z (m) 2.0 2.8 0.2 1.5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

3、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( 15.2 mm 31)2 截面面积 : Au = 4340 mm孔道直径 : 130 mm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/mm2预应力钢筋与管道壁的摩擦系数 :0

4、.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/m2长期荷载作用时混凝土的材龄 : to 5天混凝土与大气接触时的材龄 :相对湿度 : RH = 70%t 3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 (JTG D62-2004)徐变系数 : 程序计算混凝土收缩变形率

5、 : 程序计算移动荷载适用规范：公路工程技术标准 (JTG B01-2003)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 PSC Beam 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 PSC Beam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

6、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PSC Beam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-Beam Section)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(

7、开); t3: 自动( 开)抗扭用 : ( 开)HL1:0.2 ; HL2:0.05 ; HL3:1.15 ; HL4:0.25 ; HL5:0.25BL1:0.11 ; 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。2 28天强度 : f ck = 5000 tonf/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

8、( 徐变和收缩 )名称 (Shrink and Creep) ; 设计标准 China(JTG D62-2004)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

9、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-Beam section生成形式 复制和移动复制和移动 等间距 dx,dy,dz(2, 0

10、, 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 (construction stage) 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 : 1 to 18)组结构组 Structure1 ( 拖 &放 )窗口选择( 单元 : 19 to 30)组结构组 Structure2 ( 拖 &放 )全选组结构组 All (

11、 拖&放 )Drag & DropStructure1 Structure2图10. 定义结构组 (Structure Group)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 (Boundary Group)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 (Load Group)输入边界条件边界条件的输入方法如下。单元号 ( 关) ; 节点号 (

12、 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 TBeam Section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(

13、 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(0.000509m2)抗扭钢筋 ( 开) 间距(0.2m) Awt(0.0002262m2) Alt(0.0002262m2)箍筋( 开) 间距(0.2m) Aw(0.0002262m2)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 (sel

14、fweight)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 ( 3

15、1 )导管直径 (0.13) ;钢束松弛系数 ( 开) ：JTG04 1预应力钢筋抗拉强度标准值 (fpk):1860N/mm2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 : 1 to 18)输入类型 2-D 曲线

16、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1x ( 0 ), y ( 0 ), R( 0 ), 倾斜( 无 )2x ( 36 ), y ( 0 ), R ( 0 ), 倾斜( 无)Z轴1x ( 0 ), Z ( 1 ), R ( 0 )2x ( 12 ), Z ( 0.1 ), R ( 20 )3x ( 30 ), Z ( 1.7 ), R ( 20 )4x ( 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,

17、 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 : 19 to 30)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1x ( 24 ), y ( 0 ), R( 0 ), 倾斜( 无)2x ( 60 ), y ( 0 ), R ( 0 ), 倾斜( 无)Z轴1x ( 24 ), Z ( 1.3 ), R ( 0 )2x ( 30

18、), Z ( 1.9 ), R ( 20 )3x ( 48 ), Z ( 0.1 ), R ( 20 )4x ( 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 Pres

19、tress1 ; 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 (13

20、9500 ) ; 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CS1 20 Structure1 Boundary1SelfweightPrestress1CS2 20 Structure2 Boundary2 Prestress2CS3 3650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

21、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

22、( 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

23、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

24、 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