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Civil

程序培訓(xùn)講義——案例：滿堂支架計算中交一公局第二工程有限公司2015年10月13日滿堂支架midas實(shí)例工程概況1模型建立2靜力荷載工況分析3屈曲穩(wěn)定分析4

常州西繞城高速公路CRC-7標(biāo)段主線跨長虹西路大橋，橋梁跨徑布置為

2×（5×25）＋（6×25）＋（5×25）＋（4×25）米，上部結(jié)構(gòu)第一、二聯(lián)為部分預(yù)應(yīng)力砼預(yù)制箱梁，第三～五聯(lián)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁。

鋼筋砼連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支撐采用滿堂支架施工，現(xiàn)取主線跨長虹西路大橋

10#-16#墩第三聯(lián)做設(shè)計，所代表數(shù)據(jù)如下：1、箱梁長度：24.92+4×25+24.92m；2、架設(shè)高度：5.274m-7.0713、箱梁高度：1.4m（直腹板）4、橋面寬度：16.9m（單幅）5、底板寬度：12.8m（單幅）m；；。工程概況工程概況碗扣支架的設(shè)置方法如下：1、基底上面鋪設(shè)10cm～15cm厚混凝土墊層，寬度每側(cè)大于橋?qū)?.5m。整個支架系統(tǒng)由底托、碗扣式腳手架、頂拖和上縱、橫方木及縱橫水平桿組成。2、排架采用碗扣式鋼管腳手架，鋼管外徑48mm、壁厚3.5mm。支架布置原則為橫橋向間距按0.6m布設(shè)?？v橋向間距按0.9m布設(shè)?？v向方木為12cm×12cm布設(shè)于頂拖上，上層設(shè)8cm×8cm橫向方木，橫向方木間距為30cm。方木選擇落葉松.3、支架搭設(shè)完畢后，在立桿頂部放好頂拖和縱橫方木，使方木的接觸面恰好在頂拖的中心位置。鋪放現(xiàn)澆箱梁底模，底模采用竹膠板，其厚度為1.5cm。4、碗扣支架選用水平桿60cm、90cm，主桿高度選擇120cm，可調(diào)底座MDZ60、可調(diào)托座MTZ60，軸心承插安裝。支架調(diào)節(jié)范圍可在1.2m～1.5m之間。思考：上述的支架布置的是怎么確定的？答：根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)框算的一個初步布置。工程概況建模思路整體支架由4部分組成，基底墊層、鋼管支架、縱橫分配梁、模板。因此Midas的模型也考慮4部分結(jié)構(gòu)，支架尺寸為25.2m×13.2m×7.2m。墊層為混凝土，用實(shí)體單元模擬，由基底彈性支撐。鋼管支架為桿件，考慮到桿件之間可以傳替彎矩，本計算模型采用梁單元模擬，根據(jù)《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，框架式支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)采用半剛性節(jié)點(diǎn)連接的框架計算模型，其中碗扣式框架的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動剛度取值25kN.m/rad。因此部分支架梁單元需釋放梁端約束?？v橫分配梁的作用為分配上部荷載的作用，根據(jù)以往的計算經(jīng)驗(yàn)表明，對于一根連續(xù)的分配梁，當(dāng)在梁上作用均布力時，分配梁各支撐點(diǎn)的反力不均勻，一般會是分配梁兩端的反力大于中間的反力。因此分配梁的模擬，能真實(shí)的反映上部荷載力的傳替過程。模板，也有分配荷載的作用，板四周的反力要大于板中間的反力，本計算模型采用板單元模擬。思考：尺寸數(shù)據(jù)怎么來的？答：0.9×28=25.2，0.6×22=13.2，工程概況滿堂支架的驗(yàn)算內(nèi)容有：支架鋼管強(qiáng)度，鋼管的壓桿穩(wěn)定，縱橫分配梁的剛度和剛度、模板的強(qiáng)度、風(fēng)荷載下的穩(wěn)定性以及混凝土荷載作用下的整體穩(wěn)定性。安全性能的判斷依據(jù)支架鋼管強(qiáng)度：最不利荷載作用下(含水平風(fēng)荷載)，鋼管的最大應(yīng)力不超過鋼材的許用應(yīng)力（215MPa）。鋼管的壓桿穩(wěn)定：最不利荷載作用下，鋼管的最大軸力引起的壓a=P

/jA

￡

2。15MPa桿穩(wěn)定性能滿足規(guī)范要求,s縱橫分配梁的強(qiáng)度和剛度：最不利荷載作用下，分配梁的最大應(yīng)力不超過落葉松方木的許用應(yīng)力(14.5MPa)，最大變形不超過規(guī)范容許的值(L/400)。模板的強(qiáng)度：上部荷載作用下，模板的應(yīng)力不超過竹膠板的許用應(yīng)力(50MPa)?；炷梁奢d作用下的整體穩(wěn)定性：混凝土荷載作用下,支架屈曲分析求得的臨界荷載系數(shù)大于1,并且有一定的富余。模型建立定義材料、截面建立節(jié)點(diǎn)和單元定義邊界條件

定義靜力工況

屈曲分析12模型建立輸入材料屬性

路徑：模型—材料和截面特性—材料在設(shè)計類型中選擇鋼材

在鋼材中選擇規(guī)范，并在數(shù)據(jù)庫中選擇鋼材類型。

GB03代表鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB

50017-2003

該模型中選擇鋼材為

Q235同理定義其他材料：C30混凝縱向方土木：，1方20木m，m竹×1膠2板0mm，橫E=向11方×木10：38M0Pmam×80mm，E=11×103

M竹膠Pa板：18mm，E=6.5×103

MPa輸入截面特性路徑：模型—材料和截面特性—截面。

截面數(shù)據(jù)輸入框中有多種輸入方式，這里采用數(shù)據(jù)庫/用戶。

采用用戶輸入方式，這里輸入支架立柱截面，依次方法再定義其他截面。鋼管截面、縱向方木、橫向方木。數(shù)據(jù)庫/用戶選擇框123模型建立節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)輸入12

選擇材料及截面3由已建節(jié)點(diǎn)連接單元方法一節(jié)點(diǎn)及單元的建立路徑：模型—節(jié)點(diǎn)（單元）—建立。模型建立思考：坐標(biāo)數(shù)據(jù)怎么來的？答：（25.2+2×0.9）/2=13.5，（13.2+2×0.6）/2=7.2，0.3m厚的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)復(fù)制粘貼復(fù)制節(jié)點(diǎn)編號12方法二節(jié)點(diǎn)及單元的建立路徑：節(jié)點(diǎn)表格路徑：單元表格模型建立節(jié)點(diǎn)及單元的建立

最初只需關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與單元，然后細(xì)分單元，細(xì)分單元可以提高計算精度。但注意單元過細(xì)將增加不必要的計算量，該模型單元X方向長度0.9m，Y方向長度0.6m。

單元細(xì)分路徑：模型—單元—分割選擇單元類型12選擇分割方式模型建立思考：分割數(shù)量怎么來的？答：3.5×2/0.9=307.2×2/0.6=24。模型建立30等份24等份鋼管立柱的節(jié)點(diǎn)及單元的建立

利用擴(kuò)展單元建立第一節(jié)鋼管立柱。（注意，這里將用到窗口選擇以及節(jié)點(diǎn)激活鈍化功能）但注意單元過細(xì)將增加不必要的計算量，該模型水平管間距

1.2m，因此考慮單元Z方向擴(kuò)展長度2個0.6m。

單元細(xì)分路徑：模型—單元—擴(kuò)展—（節(jié)點(diǎn)-線單元）1

擴(kuò)展類型2

單元屬性3

擴(kuò)展方向模型建立上層節(jié)點(diǎn)的選擇激活，頂面3再次選擇需要擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)模型建立模型建立鋼管橫向水平桿的單元的建立

選擇右邊第一排立柱單元及節(jié)點(diǎn)，并連接各中間節(jié)點(diǎn)。移動復(fù)制單元，建立第一節(jié)鋼管其他水平桿。復(fù)制次數(shù)=30-1-1=281

單元類型2

單元屬性3

節(jié)點(diǎn)選擇

單元細(xì)分路徑：模型—單元建立—移動復(fù)制同理建立鋼管縱向水平桿模型建立單元復(fù)制參數(shù)類型模型建立立柱頂端縱向方木的單元的建立

選擇立柱頂端節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)移動/復(fù)制。方木尺寸為：

120mm×120mm，因此復(fù)制間距為60mm.單元建立，連接第一排縱向方木節(jié)點(diǎn)。單元分割，第一排的每個縱向方木單元分割3個單元，（由于橫向方木的間距為0.3m，因此為使橫縱木能順利進(jìn)行傳力，縱向方木上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量與橫向方木上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量相同，故縱向方木單元長度應(yīng)為0.3m，單元分割數(shù)量為0.9/0.3=3）單元復(fù)制，橫向復(fù)制第一排縱向方木單元，復(fù)制數(shù)量為為24-2=22，間距0.6m。

單元細(xì)分路徑：節(jié)點(diǎn)復(fù)制—單元建立—單元分割—單元移動復(fù)制1

復(fù)制類型復(fù)制參數(shù)縱向方木單元屬性4

縱向方木單元分割模型建立m橫向方木節(jié)點(diǎn)復(fù)制間距0.06+0.04=0.1橫向方木屬性28×3=84模型建立復(fù)制模板單元節(jié)點(diǎn)0.08/2=0.04m第一個板單元縱向復(fù)制參數(shù)（30-2）×3-1=83橫向復(fù)制參數(shù)（24-2）×1-1=21模型建立整體節(jié)點(diǎn)、單元模型思考：如何快速建模？模型建立邊界條件的建立路徑：模型—邊界條件—節(jié)點(diǎn)彈性支承路徑：模型—邊界條件—一般支承路徑：模型—邊界條件—面彈性支承

該模型邊界條件如右所示選擇需要約束的自由度和彈性支撐剛度模型建立模型建立縱向方木 竹膠板橫向方木模型建立思考：為什么要這么定義分配梁的邊界條件？ 答：防止結(jié)構(gòu)奇異，終止運(yùn)算。梁端約束釋放路徑：邊界—釋放梁端約束鋼管立桿與底座實(shí)體單元連接時，，應(yīng)釋放掉立桿在該處的梁端約束（梁端約束全部釋放）。

另所有水平桿的與立桿碗扣連接，需釋放掉部分轉(zhuǎn)角約束（梁端約束釋放一部分，根據(jù)規(guī)范，只考慮25kN.m/rad的轉(zhuǎn)動剛度）。釋放類型釋放后轉(zhuǎn)角剛度選擇邊界條件思考：相對值與數(shù)值的區(qū)別是什么？答：一個相對值，一個絕對值。模型建立整體邊界條件模型模型建立該模型荷載考慮自重、支架頂部梁段重量、水平風(fēng)荷載輸入荷載之前，需要先定義靜荷載工況，路徑：荷載—靜荷載工況midas中提供了多種荷載類型，具體區(qū)別參見幫助點(diǎn)擊添加靜荷載工況靜力荷載工況分析荷載定義路徑：荷載—自重（或相應(yīng)名稱）模型自重程序會自動通過截面及材料容重計算，只需添加自重作用方向

支架頂部荷載，可以采用面壓力荷載定義，假定-

100kN/m2（具體數(shù)

據(jù)根據(jù)規(guī)范計算）.水平風(fēng)荷載，可以采用梁單元荷載定義，假定1kN/m（具體數(shù)

據(jù)根據(jù)規(guī)范計算）.自重作用方向輸入荷載量值選擇荷載工況名稱靜力荷載工況分析在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算前，需要先定義荷載組合，該模型不利組合1：自重＋支架頂部荷載，（同時可以定義其他組合類型）輸入荷載組合名稱及類型1給荷載組合添加荷載工況及組合系數(shù)2在這里還可以依據(jù)相應(yīng)規(guī)范自動生成荷載組合靜力荷載工況分析查看應(yīng)力路徑：結(jié)果—應(yīng)力—梁單元應(yīng)力圖1選擇荷載組合2查看組合應(yīng)力（軸力＋彎矩）最大值最大拉應(yīng)力發(fā)生支架水平桿，最大拉應(yīng)力3.2Mpa，最大壓應(yīng)力發(fā)生支架底端立桿，最大壓應(yīng)力為

117.3Mpa,應(yīng)力值均小于規(guī)范值?？蛩憬Y(jié)果：頂端整體荷載100kN/m2×25.2m×13.2m=33264kN；每根立桿的軸力(33264+600)kN/（29×23）=50.7706kN；每根立桿底端的應(yīng)力50770.6N/489.3mm2=103.76Mpa對比結(jié)果：框算結(jié)果與Midas結(jié)果接近，但整體結(jié)構(gòu)有分布荷載

的作用，使得立桿受力不均勻。故簡單框算是需考慮不均勻系數(shù)。結(jié)果查看及分析查看應(yīng)力路徑：結(jié)果—應(yīng)力受力最大的縱向方木縱向方木最大拉應(yīng)力為14.3MPa，最大壓應(yīng)力為40.2MPa，應(yīng)力圖示表明兩側(cè)梁端受力最大,連續(xù)體多點(diǎn)彈性支承的不均勻分布.結(jié)果查看及分析查看應(yīng)力路徑：結(jié)果—應(yīng)力受力最大的橫向方木橫向方木最大拉應(yīng)力為1.5MPa，最大壓應(yīng)力為30.5MPa，應(yīng)力圖示表明兩側(cè)梁端受力最大,,連續(xù)體多點(diǎn)彈性支承的不均勻分布.結(jié)果查看及分析查看位移路徑：結(jié)果—位移—位移形狀1選擇荷載組合2查看位移結(jié)果查看及分析橫梁處最大位移為

937mm，遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的2.25mm（L/400，對應(yīng)L＝0.9m原因:縱橫方木層間及竹膠板間為彈性連接,因此該處的位移取決于彈性連接的剛度思考：怎樣才能使得位移計算結(jié)果正確？ 答：將彈性連剛度設(shè)置無窮大。1選擇荷載組合2

選擇顯示內(nèi)力壓桿穩(wěn)定分析sa

=

P

/

jA

=

49900

/(0.8·

489.3)

=127.5MPa

￡

215MPa穩(wěn)定性就滿足要求了？ 答案是否定的其一，最大軸力不是49.9kN，應(yīng)為57.3kN。其二，單根桿件

壓桿穩(wěn)定滿足要

求，并不代表支

架整體滿足要求。繼續(xù)分析手算：每根立桿受力

100kN/m2×（25.2×13.2）/（29×23）=49.9kN假定j

=0.8,A

=489.3mm2則構(gòu)件的壓桿穩(wěn)定性可以通過提取對應(yīng)桿件的最大內(nèi)力，結(jié)合規(guī)范進(jìn)行計算，這里不再詳述計算過程。sa

=

P

/

jA

￡

215MPa內(nèi)力查看：結(jié)果—內(nèi)力—梁單元內(nèi)力圖注意：內(nèi)力是基于單元局部坐標(biāo)系而非整體坐標(biāo)系對結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈曲分析路徑：分析－屈曲分析控制

不同屈曲模態(tài)對應(yīng)不同屈曲模態(tài)特征值，一般第1階屈曲模態(tài)特征值最小，控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性

屈曲荷載一般將自重設(shè)置成常量進(jìn)行模型計算路徑：分析—運(yùn)行分析輸入分析屈曲模態(tài)數(shù)1輸入分析荷載組合2屈曲穩(wěn)定分析思考：屈曲穩(wěn)定分析模型的邊界條件需要改變么？答：需要，因?yàn)樵Ｐ偷膹椥赃B接支撐類型會影響計算結(jié)果。查看整體穩(wěn)定路徑：結(jié)果—屈曲模態(tài)整體穩(wěn)定驗(yàn)算：屈曲分析的1到5階失穩(wěn)臨界荷載系數(shù)分別為：0.5828、0.5966、0.6364、0.6