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MIDAS例题---连续梁要点

4×30m连续梁结构分析对4*30m结构进行分析的第一步工作是对结构进行分析,确定结构的有限元离散,确定各项参数和结构的情况,并在此基础上进行建模和结构计算。

建立斜连续梁结构模型的详细步骤如下。

1. 设定建模环境2. 设置结构类型3. 定义材料和截面特性值4. 建立结构梁单元模型5. 定义结构组6. 定义边界组7.定义荷载组8.定义移动荷载9. 定义施工阶段10. 运行结构分析11. 查看结果设计13. 取一个单元做横向分析概要:在城市桥梁建设由于受到地形、美观等诸多方面的限制,连续梁结构成为其中应用的最多的桥梁形式。

同时,随着现代科技的发展,连续梁结构也变得越来越轻盈,更能满足城市对桥梁的景观要求。

本文中的例子采用一座4×30m的连续梁结构(如图1所示)。

1、桥梁基本数据桥梁跨径布置:4×30m=120;桥梁宽度:(栏杆)+(人行道)+(机动车道)+(人行道)+(栏杆)=;主梁高度:;支座处实体段为;行车道数:双向四车道+2人行道桥梁横坡:机动车道向外%,人行道向内%;施工方法:满堂支架施工;图1 1/2全桥立面图和标准断面2、主要材料及其参数混凝土各项力学指标见表1表1低松弛钢绞线(主要用于钢筋混凝土预应力构件)直径:弹性模量:195000 MPa标准强度:1860 MPa抗拉强度设计值:1260 MPa抗压强度设计值: 390 MPa张拉控制应力:1395 MPa热膨胀系数:普通钢筋采用R235、HRB335钢筋,直径:8~32mm弹性模量:R235 210000 MPa / HRB335 200000 MPa标准强度:R235 235 MPa / HRB335 335 MPa热膨胀系数:3、设计荷载取值:恒载:一期恒载包括主梁材料重量,混凝土容重取25 KN/m 3。

二期恒载:人行道、护栏及桥面铺装等(该桥梁上不通过电信管道、水管等)。

其中:桥面铺装:采用10cm的沥青混凝土铺装层;沥青混凝土安每立方24kN 计算,则计算铺装宽度为15m,桥面每米铺装沥青混凝土重量为:×24×15=m;人行道:人行道按照每侧18 KN/m考虑;栏杆:按照每侧每米470kg计算,即按照m;二期恒载合计:85 kN/m活载车辆荷载:公路Ⅰ级;人群荷载:m22;)温度力①系统温度:升温25℃、降温-15℃;②箱梁截面上下缘温度梯度变化参考新规范(《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004))第条取用。

图2竖向梯度温度(梁截面温度)不均匀沉降考虑到桩均为嵌岩桩,所以在本计算算例中不考虑支座沉降的问题。

强度发展强度发展采用CEB-FIP 规范的公式:()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯=5.028281ex p eq t s S t f ,式中:28S 表示混凝土的28天强度;eq t 时间参数;s 表示水泥种类,早强高强水泥选,一般水泥或早强水泥选,缓凝水泥选。

4、结构有限单元离散在4×30连续梁结构计算分析中,考虑到结构的受力特点(主梁为预应力结构、桥墩为普通钢军混凝土结构)分别建模计算分析,在此文本中仅考虑预应力混凝土梁的结构分析,建模时仅建主梁模型,桥墩及基础等均不在建模计算范围内。

一、设定建模环境为了做连续梁施工阶段和成桥阶段分析首先打开新项目“4×30连续梁”为名保存文件,开始建立模型。

单位体系设置为“m”和“N”。

该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意更换。

文件 / 新项目文件 / 保存 (4×30连续梁)工具 / 单位体系长度> m ;力> N图3设定建模环境及单位体系二、设置结构类型由于是连续梁结构,所以在做结构计算的时候没有必要选择3-D分析,只需要考虑平面分析即可以,这样即可以减少在定义约束条件时出现的问题,同时又能保证结构设计的质量。

模型>结构类型----结构类型(X-Z平面)将结构的自重转换为自重(按集中质量考虑>转换到Z)图4 设置结构类型三、定义材料和截面特性值1、定义材料输入主梁的材料特性值。

在材料和截面对话框中选择材料表单点击按钮。

模型/材料和截面特性/材料材料号:1名称:(C50)设计类型:混凝土混凝土:规范:(JTG04(RC))数据库:C50按上述方法参照表1输入混凝土和预应力钢绞线的材料特性值。

序号项目设计类型规范数据库1 C50混凝土混凝土JTG04(RC)C502 预应力钢绞线钢材JTG04(S) Strand1860图5 定义材料特性值1定义多种材料时,使用按钮会更方便一些。

图6 定义材料特性值2定义时间依存性材料(收缩和徐变)模型/材料和截面特性/时间依存性材料(收缩和徐变)/添加/名称:C50混凝土;设计规范:china(JTG D62-2004)28天强度:50N/mm2;环境年平均相对湿度:70%;构件理论厚度:1000mm;水泥种类系数:5;收缩开始时的混凝土龄期:3天;点击:按钮。

图7 定义时间依存性材料定义时间依存性材料(抗压强度)模型/材料和截面特性/时间依存性材料(强度)/添加/名称:C50;类型:设计规范;强度发展――规范:CEB-FIP;混凝土28天抗压强度:50N/mm2;水泥类型:N,R:点击按钮图8 定义时间依存材料(抗压强度)时间依存性材料连接:徐变和收缩:C50混凝土;强度进展:C50;选择指定材料:C50混凝土,点击按钮;操作:点击按钮图9 时间依存性材料连接2、定义截面特性值输入预应力混凝土梁的截面特性值。

在材料和截面特性对话框的截面表单选择按钮。

图10 定义截面在该连续梁中,截面高度是变化的,同时底板和肋的厚度也是变化的,故在做设计时候先定义标准的等截面,然后再定义变截面。

截面/添加---/设计截面/单箱多室2截面号:1 名称:实体段对称(√)室数(3)板宽()m室类型:多变形外轮廓尺寸H01();H02();H04()B01() B03() B04内轮廓尺寸HI1() HI6() BI1() BI6()点击图11 实体段标准截面其余各截面的输入见图12~16所示(具体截面参数见结构参数示意图)。

图12 7号截面(等截面区截面)图13 3号截面图14 4号截面图15 5号截面图16 8号截面由于有一部分结构为变截面,所以需要定义变截面,具体操作步骤如下:截面F01钢束形状参数(单位:m )X Y Z R 0 0 0 10 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 10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;1 1 1 12 弹性连接单元轴向刚度输入单位长度所施加的力,旋转刚度输入单位转角所施加的弯矩值。

绕主轴旋转角度:Y,0;点击 按钮图35 钢束输入示意图按照同样的方式进行其余各束的钢束布置形状的输入。

其余各束的钢束布置形状参数见表6~22所示。

表5. 预应力钢束特征参数及数量表钢束名称钢束特性值钢束数量钢束名称钢束特性值钢束数量F01 15 4 F10 12 10 F02 15 4 FD1 15 4 F03 15 4 FD2 15 4 F04 15 4 FD3 15 4 F05 15 4 N1 7 6 F06 12 6 N2 7 6 F07 12 6 N3 7 6 F08 12 10 N4 7 6 F09 12 10 TC1 9 6表6. F02钢束形状参数(单位:m )表8. F04钢束形状参数(单位:m )表10. F06钢束形状参数(单位:m )表12. F08钢束形状参数(单位:m )表钢束形状参数(单位:m )表9. F05钢束形状参数(单位:m )表11. F07钢束形状参数(单位:m )表13. F09钢束形状参数(单位:m )表14. F10钢束形状参数(单位:m )注:表6~15,插入点均为(0,0,0) 表16 FD1钢束形状参数(单位:m )表18. TC1钢束形状参数表21 N3钢束形状参数(单位:m )表15. FD2钢束形状参数(单位:m )表17. FD3钢束形状参数(单位:m )表19 N1钢束形状参数(单位:m )表20 N2钢束形状参数(单位:m )表22. N4钢束布置形状参数(单位:m )张拉预应力钢束:图36 张拉钢束示意图钢束张拉:荷载/预应力荷载/钢束预应力荷载荷载工况:预应力;荷载组名称:预应力;选择加载的预应力钢束:F01、F02、F03、TC1、N2、N3张拉力:(·)应力;先张拉:两端;开始点:1395N/mm2;结束点:1395N/mm2;注浆:下0个施工阶段;点击:按钮选择加载的预应力钢束:F04、F06、F08、F09、F10、FD1~3、N4张拉力:(·)应力;先张拉:开始点开始点:1395N/mm2;结束点:0 N/mm2;注浆:下0个施工阶段;点击:按钮选择加载的预应力钢束:F05、F07、N1张拉力:(·)应力;先张拉:结束点开始点:0 N/mm2;结束点:1395 N/mm2;注浆:下0个施工阶段;点击:按钮输入系统温度:根据当地的气候条件,确定结构物的系统温度;本结构中暂定系统升温为30℃,降温为-15℃。

具体的超作见图:荷载/温度荷载/系统温度……荷载工况名称:系统温升;荷载组名称:默认;最终温度:30;点击按钮;荷载工况名称:系统温升;荷载组名称:默认;最终温度:-15;点击按钮;系统温升见1所示,系统温降见2所示1 2图37 输入系统温升、温降示意图温度梯度输入根据本结构所处环境的条件,本结构铺装为16cm沥青混凝土铺装层,所以温度梯度数据见图2温度梯度所示。

荷载/温度荷载/梁截面温度……荷载工况名称:梁截面温升;荷载组名称:默认;选项:(·)添加;截面类型:(·)一般截面;方向:(·)局部-z;参考位置:(·)边(顶);截面温度:材料特性:(·)单元B1:20 m;H1:0;H2:;T1 14℃;T2 ℃;B2:20 m;H1:;H2:;T1 ℃;T2 ℃;B1:7 m;H1:;H2:;T1 ℃;T2 0℃;按按钮,选择单元1~78号;点击按钮;图38 输入梁截面温升数据荷载/温度荷载/梁截面温度……荷载工况名称:梁截面温升;荷载组名称:默认;选项:(·)添加;截面类型:(·)一般截面;方向:(·)局部-z;参考位置:(·)边(顶);截面温度:材料特性:(·)单元B1:20 m;H1:0;H2:;T1 -7℃;T2 ℃; B2:20 m;H1:;H2:;T1 ℃;T2 ℃;B1:7 m;H1:;H2:;T1 ℃;T2 0℃;按按钮,选择单元1~78号;点击按钮;图38 输入梁截面温降数据8、定义移动荷载该结构桥宽,桥梁横向布置为(栏杆)+(人行道)+(机动车道)+(人行道)+(栏杆),也即该结构有2个人行道和4个车行道,选用车辆荷载为公路Ⅰ级。

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