TOCPSC變截面箱梁施工階段及PSC設(shè)計例題北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司2007年3月19日一、結(jié)構(gòu)描述 2二、結(jié)構(gòu)建模 4三、分步驟說明 41、定義材料和截面特性 42、建立上部梁單元并給予單元截面屬性 73、定義結(jié)構(gòu)組并給予結(jié)構(gòu)組單元信息 114、定義邊界組并定義邊界條件 125、定義荷載工況和荷載組 136、定義施工階段 147、分階段定義荷載信息 148、分析及后處理查看 209、依據(jù)JTGD62規(guī)范的要求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行PSC設(shè)計 21

PSC變截面箱梁施工階段及PSC設(shè)計例題對于常規(guī)的PSC連續(xù)梁橋我們通?？梢詤⒖冀Ｖ纸⒌哪Ｐ停瑢τ谔貏e的橋型或有特別要求的結(jié)構(gòu)我們須要依據(jù)一般方法建立有限元模型，施加邊界和荷載進(jìn)行分析。這個例題主要說如何運(yùn)用一般方法建立PSC連續(xù)梁橋并定義施工階段進(jìn)行施工階段分析和依據(jù)JTGD62規(guī)范對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計驗(yàn)算。一、結(jié)構(gòu)描述這是一座50+62+50的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，這里僅模擬其上部結(jié)構(gòu)。施工方法采納懸臂澆注，跨中截面和端部截面如圖1所示。圖1-1跨中截面示意圖1-2支座截面示意橋梁立面圖如圖2所示。圖2連續(xù)梁立面圖圖3鋼束布置形態(tài)二、結(jié)構(gòu)建模對于施工階段分析模型，通常采納的建模方法是：1、定義材料和截面特性（包括混凝土收縮徐變函數(shù)定義）；2、建立上部梁單元并給予單元截面屬性；3、定義結(jié)構(gòu)組并給予結(jié)構(gòu)組信息；4、建立邊界組并定義邊界條件；5、定義荷載工況和荷載組；6、定義施工階段；7、分階段定義荷載信息（分施工階段荷載和成橋荷載兩部分）；8、分析，分析完成后定義荷載組合進(jìn)行后處理結(jié)果查看；9、定義設(shè)計驗(yàn)算參數(shù)依據(jù)JTGD62對結(jié)構(gòu)進(jìn)行長短期及承載實(shí)力驗(yàn)算。下面就每個步驟分別詳述如下——三、分步驟說明1、定義材料和截面特性本模型中涉及的材料包括混凝土主梁（C40）、預(yù)應(yīng)力鋼絞線（Strand1860）。如下圖4所示。圖4材料列表通常對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PSC結(jié)構(gòu)）依據(jù)現(xiàn)澆施工時，要考慮混凝土的收縮徐變效應(yīng)，因此須要在建模前要定義混凝土的收縮徐變函數(shù)，依據(jù)如下圖所示定義混凝土收縮徐變函數(shù)。這里輸入非0正值即可，建立模型后通過程序自動修正全部單元的有效厚度。這里輸入非0正值即可，建立模型后通過程序自動修正全部單元的有效厚度。圖5混凝土收縮徐變函數(shù)定義主梁截面為變截面箱梁，共有兩個限制截面，一個是跨中截面，一是支座位置處截面。以跨中截面和支座處截面定義變截面。截面列表如圖6所示。其中跨中截面和支座截面在前面的結(jié)構(gòu)描述中都有圖示?！翱缰?支座”以及“支座-跨中”的變截面定義通過分別導(dǎo)入跨中截面和支座截面來定義就可以了。如圖6所示。圖6-1截面列表在變截面I端導(dǎo)入跨中截面，J端導(dǎo)入支座截面在變截面I端導(dǎo)入跨中截面，J端導(dǎo)入支座截面圖6-2跨中-支座段變截面在變截面I端導(dǎo)入支座截面，J端導(dǎo)入跨中截面在變截面I端導(dǎo)入支座截面，J端導(dǎo)入跨中截面圖6-3支座-跨中段變截面2、建立上部梁單元并給予單元截面屬性建立橋梁模型時，假如要同時進(jìn)行施工階段分析，要針對施工的特點(diǎn)建立有限元模型，例題中所示結(jié)構(gòu)依據(jù)懸臂法施工，懸臂施工段為每段3m，因此在建立模型時考慮按1.5m或3m長度單元建立模型，本例題中主梁是直梁結(jié)構(gòu)，因此建模方式可選性很廣，可以通過擴(kuò)展單元的方式建立、或者從AutoCAD導(dǎo)入已劃分節(jié)段的主梁中心線、或者通過逐個建立單元的方式，這里采納擴(kuò)展單元的方式建立一半主梁，然后通過鏡像單元生成另一半主梁。首先在（0,0,0）位置上建立主梁端部節(jié)點(diǎn)，然后通過對該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展生成左半部主梁結(jié)構(gòu)。如下圖所示——擴(kuò)展單元時輸入的間距：6@3,2,8@3,2,1,3@2擴(kuò)展單元時輸入的間距：6@3,2,8@3,2,1,3@2,1,2,8@3,1圖7擴(kuò)展生成左半邊主梁然后對生成的左半邊主梁進(jìn)行鏡像生成另一半主梁，如下圖所示，通過選擇反轉(zhuǎn)單元坐標(biāo)系保證鏡像生成的單元和源單元的單元坐標(biāo)軸保持一樣。通過選擇反轉(zhuǎn)單元坐標(biāo)系保證鏡像生成的單元和源單元的單元坐標(biāo)軸保持一樣。圖8鏡像生成另一半主梁生成全橋單元后，因?yàn)橛社R像生成的梁單元的編號依次也是鏡向的，因此要對全部梁單元進(jìn)行重新編號，以便于后續(xù)的單元選擇（保證單元編號有規(guī)律的連續(xù)性對單元的選擇操作很有幫助）。上述步驟生成全橋單元時運(yùn)用的是跨中截面，因此對生成的全橋單元應(yīng)依據(jù)其實(shí)際對應(yīng)的截面信息修改單元的截面信息，可以通過修改單元參數(shù)修改單元信息，也可以通過MIDAS特有的拖放功能給予單元截面信息，這里以拖放的方式給予每段單元實(shí)際的截面信息。首先選擇支座旁邊單元，修改其截面類型為“支座”截面，打開單元編號顯示，選擇單元“18to20，43to45”，如下圖通過拖放功能對選擇的單元修改其截面信息拖放：將鼠標(biāo)放置在樹形菜單“支座截面”通過拖放功能對選擇的單元修改其截面信息拖放：將鼠標(biāo)放置在樹形菜單“支座截面”處，按住不放將鼠標(biāo)拖到模型窗口中圖9拖放功能修改支座旁邊單元的截面信息同樣的方法，選擇單元“9to17，34to42”，將截面“3：跨中-支座”拖放至模型窗口，得到如下圖所示的模型圖10修改截面高度由低變高段（跨中-支座）同樣的方法，選擇單元“21to29，46to54”，將截面“4：支座-跨中”拖放至模型窗口，得到如下圖所示的模型圖11修改截面高度由低變高段（支座-跨中）給予變高梁段變截面信息后，發(fā)覺橋梁模型顯示都是鋸齒狀，此時須要將同類的變截面定義為一個變截面組，保證單元截面改變的連續(xù)性。在樹形菜單雙擊“跨中-支座”，在變截面組信息中定義名稱為“跨中-支座”，z軸改變選擇2項(xiàng)式改變，對稱軸為單元組的i端；圖12-1變截面組“跨中-支座”定義圖示在樹形菜單雙擊“支座-跨中”，在變截面組信息中定義名稱為“支座-跨中”，z軸改變選擇2項(xiàng)式改變，對稱軸為單元組的j端；3、定義結(jié)構(gòu)組并給予結(jié)構(gòu)組單元信息結(jié)構(gòu)組名稱及結(jié)構(gòu)組單元信息如下表所示——結(jié)構(gòu)組名稱結(jié)構(gòu)組所含單元結(jié)構(gòu)組名稱結(jié)構(gòu)組所含單元左支座處梁段17to21橋梁段2-33949右支座處梁段42to46橋梁段2-43850橋梁段1-11622橋梁段2-53751橋梁段1-21523橋梁段2-63652橋梁段1-31424橋梁段2-73553橋梁段1-41325橋梁段2-83454橋梁段1-51226橋梁段2-93355橋梁段1-61127左邊跨合龍段7橋梁段1-71028跨中合龍段3132橋梁段1-8929右邊跨合龍段56橋梁段1-9830左側(cè)滿堂支架區(qū)段1to6橋梁段2-14147右側(cè)滿堂支架區(qū)段57to62橋梁段2-24048全部合龍段7313256橋梁主梁1to62*注：“左支座處梁段”、“右支座處梁段”、“左側(cè)滿堂支架區(qū)段”、“右側(cè)滿堂支架區(qū)段”還應(yīng)包括在步驟4中建立的支座節(jié)點(diǎn)。建立好模型后，就可以對執(zhí)行程序自動修改構(gòu)件理論厚度的功能了。如圖選擇全部梁單元，在“模型〉材料和截面特性〉修改時間依存材料特性”中選擇修改構(gòu)件理論厚度——點(diǎn)擊得到構(gòu)件理論厚度表格點(diǎn)擊得到構(gòu)件理論厚度表格圖13修改構(gòu)件理論厚度4、定義邊界組并定義邊界條件邊界采納一般支承來模擬，因?yàn)榻孛孢x擇的是頂對齊，因此須要在梁底支座支承的位置處建立支座節(jié)點(diǎn)，然后將支座節(jié)點(diǎn)和主梁節(jié)點(diǎn)通過彈性連接〉剛性連接起來。選擇中部節(jié)點(diǎn)19、20、44、45，選擇節(jié)點(diǎn)〉復(fù)制移動，對選擇的兩個節(jié)點(diǎn)向下復(fù)制5.9m，生成新節(jié)點(diǎn)64~67；選擇邊跨端部節(jié)點(diǎn)1和63，選擇節(jié)點(diǎn)〉復(fù)制移動，對選擇的兩個節(jié)點(diǎn)向下復(fù)制3.05m，生成新節(jié)點(diǎn)68、69。（新生成的支座節(jié)點(diǎn)要依據(jù)步驟3的注釋中說明的將節(jié)點(diǎn)放置在對應(yīng)的結(jié)構(gòu)組中。）定義邊界組和邊界信息如下表所示。邊界組名稱支座約束支座與主梁約束一般支承適用支座節(jié)點(diǎn)彈性連接適用節(jié)點(diǎn)支承11111164to67剛性19-64，20-65，44-66，45-67左邊跨01110068剛性1-68右邊跨01110069剛性63-69得到結(jié)構(gòu)的邊界條件如下圖所示——*注：約束、荷載及其他模型中內(nèi)容可以在“視圖〉顯示”中定義顯示，如上述邊界條件的顯示，在顯示菜單中選擇要顯示內(nèi)容進(jìn)行顯示即可——5、定義荷載工況和荷載組荷載工況和荷載組定義如下表所示——編號荷載工況名稱荷載類型荷載組說明1自重施工階段荷載(CS)自重結(jié)構(gòu)自重2預(yù)應(yīng)力施工階段荷載(CS)鋼束1-0to鋼束1-9鋼束2-0to鋼束2-9合攏段鋼束1to3不同施工階段對于預(yù)應(yīng)力鋼束的預(yù)應(yīng)力3掛籃重施工階段荷載(CS)掛籃1to9模架移動裝置換算荷載4合攏段掛籃重施工階段荷載(CS)合攏段掛籃1,2-1,2-2,3模架移動裝置換算荷載6、定義施工階段本模型采納懸臂澆注施工方法，從施工零號塊起先，對稱澆注兩端懸臂段，直至全橋合龍，共分12個施工階段。施工階段信息如下表所示——施工階段名稱結(jié)構(gòu)組邊界組荷載組激活鈍化激活鈍化激活鈍化1-零號塊施工左、右支座處梁段——支承——自重，掛籃1，鋼束1-0，鋼束2-0——2-懸澆1橋梁段1-1，橋梁段2-1——————掛籃2，鋼束1-1，鋼束2-1掛籃13-懸澆2橋梁段1-2，橋梁段2-2——————掛籃3，鋼束1-2，鋼束2-2掛籃24-懸澆3橋梁段1-3，橋梁段2-3——————掛籃4，鋼束1-3，鋼束2-3掛籃35-懸澆4橋梁段1-4，橋梁段2-4——————掛籃5，鋼束1-4，鋼束2-4掛籃46-懸澆5橋梁段1-5，橋梁段2-5——————掛籃6，鋼束1-5，鋼束2-5掛籃57-懸澆6橋梁段1-6，橋梁段2-6——————掛籃7，鋼束1-6，鋼束2-6掛籃68-懸澆7橋梁段1-7，橋梁段2-7——————掛籃8，鋼束1-7，鋼束2-7掛籃79-懸澆8橋梁段1-8，橋梁段2-8——————掛籃9，鋼束1-8，鋼束2-8掛籃810-懸澆9橋梁段1-9，橋梁段2-9——————合龍段掛籃1、2-1、2-2、3，鋼束1-9，鋼束2-9掛籃911-邊跨合龍——左、右邊跨——合龍段鋼束1、3，合龍段掛籃1、312-中跨合龍——————合龍段鋼束2，合龍段掛籃2-1、2-27、分階段定義荷載信息本例題主要模擬5種荷載作用：結(jié)構(gòu)自重、掛籃荷載、預(yù)應(yīng)力荷載、混凝土收縮徐變荷載、馬路一級車道荷載。以上5種荷載，除收縮徐變由程序依據(jù)已定義的收縮徐變函數(shù)自動計算外，其他的都要定義荷載信息。下面分述如下——1）自重：在荷載中選擇自重，依據(jù)下圖指定荷載工況名稱、荷載組、自重系數(shù)添加即可。程序依據(jù)自重系數(shù)、當(dāng)前施工階段結(jié)構(gòu)模型自動計算結(jié)構(gòu)自重。程序依據(jù)自重系數(shù)、當(dāng)前施工階段結(jié)構(gòu)模型自動計算結(jié)構(gòu)自重。2）掛籃荷載：主梁合龍前，在懸臂端都有掛籃荷載的作用，由于結(jié)構(gòu)是對稱施工，而且結(jié)構(gòu)本身也是對稱結(jié)構(gòu)，因此施工過程中的等效掛籃荷載也是對稱的。在這里通過節(jié)點(diǎn)荷載來模擬。掛籃作用在懸臂端外2.452m處m處，掛籃換算荷載為10KN及附加彎矩24.52KNm。以第一階段掛籃1為例，定義掛籃荷載如下圖所示——選擇顯示第一施工階段，然后選擇兩個零號塊的右端節(jié)點(diǎn)22和47，選擇荷載工況為“模架移動裝置”，荷載組選擇“掛籃1”，添加節(jié)點(diǎn)荷載值Fz=-10KN，My=24.52KNm適用，然后再選擇節(jié)點(diǎn)17和42，選擇荷載工況為“模架移動裝置”，荷載組選擇“掛籃1”，添加節(jié)點(diǎn)荷載值Fz=-10KN，My=-24.52KNm適用。3）預(yù)應(yīng)力荷載：定義預(yù)應(yīng)力荷載分三步驟，鋼束特性值——鋼束布置形態(tài)——鋼束預(yù)應(yīng)力荷載。鋼束布置形態(tài)只能在基本狀態(tài)下添加，而預(yù)應(yīng)力荷載可以在施工階段添加。例題中的結(jié)構(gòu)頂板和底板均配預(yù)應(yīng)力鋼束，因此涉及兩種鋼束特性值，如下圖所示——鋼束布置形態(tài)首先定義一對頂板束和一對底板束作為標(biāo)準(zhǔn)鋼束，其他位置的鋼束通過鋼束的復(fù)制移動功能生成。將第一施工階段頂板束作為頂板的標(biāo)準(zhǔn)束。底板束采納第11階段邊跨合龍時的左側(cè)底板束作為底板標(biāo)準(zhǔn)束。*注：只有“單元”類型鋼束支持復(fù)制移動鋼束時重新安排單元以及依據(jù)安排單元長度自動調(diào)整鋼束長度的功能。所以選擇鋼束坐標(biāo)軸為“單元”類型，便利運(yùn)用鋼束的復(fù)制移動功能建立其他鋼束形態(tài)。其他鋼束形態(tài)的建立通過鋼束復(fù)制移動建立，復(fù)制鋼束時最重要的是要保證鋼束位置精確。頂板束1-2：在鋼束布置形態(tài)中選擇鋼束“頂板束1-1”，建立其次階段頂板束*注：假如選擇了“自動調(diào)整鋼束長度”功能，程序依據(jù)重新安排單元的長度通過調(diào)整鋼束的直束部分來調(diào)整建立新鋼束。然后對復(fù)制生成的鋼束名稱更名為頂板束01-02。重新安排單元編號可通過查看每個施工階段主梁段的單元編號即可。對于頂板上的鋼束形態(tài)可以通過復(fù)制功能很快的生成，鋼束復(fù)制移動的時候可以一次復(fù)制或移動生成多根鋼束，以頂板束01-01為例，以此鋼束為源鋼束，可以一次性生成主梁頂部全部靠近主梁右側(cè)的鋼束。如下圖所示——選擇多組重新安排單元和對應(yīng)的單元插入點(diǎn)添加即可一次性定義多根鋼束布置形態(tài)。選擇多組重新安排單元和對應(yīng)的單元插入點(diǎn)添加即可一次性定義多根鋼束布置形態(tài)。對于生成的鋼束程序自動生成鋼束名稱，假如須要改動可以在鋼束布置形態(tài)特性值里修改鋼束名稱。在復(fù)制底板束時，僅通過對源鋼束形態(tài)的復(fù)制移動對于變高度梁單元的底板束是不足的，還須要運(yùn)用鋼束布置形態(tài)中的另一項(xiàng)功能，即程序依據(jù)底板改變形態(tài)自動調(diào)整鋼束在x向的布置形態(tài)。明顯底板鋼束布置形態(tài)在右側(cè)深化主梁內(nèi)部的z向位置偏上，須要依據(jù)底板的改變向下彎曲。明顯底板鋼束布置形態(tài)在右側(cè)深化主梁內(nèi)部的z向位置偏上，須要依據(jù)底板的改變向下彎曲。對上述定義好的底板束中，鋼束深化到變截面單元10及其后面單元的鋼束，其形態(tài)需作改動，改動方式如下圖所示，定義好鋼束布置形態(tài)后，就可以定義鋼束預(yù)應(yīng)力荷載了，這項(xiàng)內(nèi)容建議在施工階段執(zhí)行。如第一施工階段要張拉零號塊頂板兩根鋼束，在階段顯示第一施工階段，然后選擇荷載〉預(yù)應(yīng)力荷載〉鋼束預(yù)應(yīng)力，荷載工況選擇“預(yù)應(yīng)力”，荷載組選擇鋼束1-0，如下圖所示——4）馬路一級車道荷載：依據(jù)“選擇移動荷載規(guī)范——定義車道——定義車道——定義移動荷載工況”的依次定義移動荷載。移動荷載屬于成橋荷載，必需在基本狀態(tài)下定義。在定義車道時，可以指定車輪間距，來模擬車輛或車道的三維布載形式，假如車輪間距輸入為0，則該荷載即為規(guī)范規(guī)定的等效二維荷載。注：圖中綠色圓點(diǎn)標(biāo)記即為荷載加載位置，程序默認(rèn)在單元的二分點(diǎn)上加載，假如增大要求加載密度，可以在“注：圖中綠色圓點(diǎn)標(biāo)記即為荷載加載位置，程序默認(rèn)在單元的二分點(diǎn)上加載，假如增大要求加載密度，可以在“分析〉移動荷載分析限制選項(xiàng)”中的加載位置處進(jìn)行調(diào)整。8、分析及后處理查看定義好以上各項(xiàng)荷載后，就可以選擇執(zhí)行分析了，但在進(jìn)行分析計算之前，首先要在主菜單分析中定義相應(yīng)的分析限制選項(xiàng)，這里要定義的是移動荷載分析限制選項(xiàng)和施工階段分析限