普通钢筋混凝土桥梁结构施工阶段模拟.docx

1、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- 1 -1、结构描述.32、建立模型.43、定义荷载.74、定义施工阶段.125、执行分析及后处理.136、RC 设计 .15 - 2 -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 JTG D62 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13 2 1m公路-级汽车荷载人群荷载3.5

2、 KN / m2结构重要性系数（3）材料规格 0 1.1钢筋：主筋采用 HRB400 钢筋 相对界限受压区高度 b 0.53箍筋采用 HRB335 钢筋 混凝土：主梁采用 C30 混凝土（4）截面形式图 1 T 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。- 3 -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）-C

3、30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1000x120，500x1202、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。- 4

4、 -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

5、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- 5 -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 18、支 座节点、横梁 17。

6、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 18 号纵梁单元、纵梁间的横向虚拟梁单元 18。其中纵梁按照沿 y 正向分别为纵梁 18 结构组。横梁按照沿 y 正向分别为横梁 17 结构组。图 8 定义纵梁结构组- 6 -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 18，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

7、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14，支座68滑动 110000右侧支座 5固

8、定 101000左侧支座14，支座68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-级车道荷载。（*其中移动

9、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- 7 -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。- 8 -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。- 9 -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

10、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- 10 -图 15 移动荷载分析数据菜单图 16 车道定义- 11 -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- 12 -2-盖梁施工浇

11、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、54-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、65-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、76-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、87-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

12、，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- 13 -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

13、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- 14 -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- 15 -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

14、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；- 16 -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”；- 17 -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”。- 18 -图 28 RC 设计计算书截取- 19 -