PAGEPAGE38某連續(xù)剛構(gòu)橋橋梁的Midas建模分析案例1.1結(jié)構(gòu)計(jì)算模型設(shè)計(jì)橋梁建模計(jì)算采用MidasCivil有限元分析軟件將設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)離散為三維模型進(jìn)行計(jì)算，對(duì)該橋施工過(guò)程進(jìn)行仿真分析，用CDN進(jìn)行主梁及橋墩驗(yàn)算。1.1.1有限元模型建立因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)間有限，對(duì)設(shè)計(jì)橋梁僅進(jìn)行主梁與橋墩的建模計(jì)算，主梁根據(jù)實(shí)際施工節(jié)段劃分單元，采用變截面梁?jiǎn)卧M，橋墩采用梁?jiǎn)卧M，全橋共計(jì)217個(gè)節(jié)點(diǎn)，208個(gè)單元，如圖：圖4-1橋型建模示意圖1.1.2材料信息1、混凝土設(shè)計(jì)橋梁主梁采用C55混凝土，雙肢薄壁墩采用C50混凝土，具體材料特性見(jiàn)表：表4-1混凝土材料特性材料特性C55混凝土C50混凝土混凝土容重γ（KN/m3）25.525彈性模量Ec(MPa)3.55×1043.45×104線膨脹系數(shù)α1.0×10-51.0×10-5軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)fcd（MPa）21.422.4軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)ftd（MPa）1.891.83軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)fck（MPa）35.532.4軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)ftk（MPa）2.742.652、預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計(jì)橋梁用預(yù)應(yīng)力鋼筋為strand1860MPa鋼絞線：公稱(chēng)直徑φs15.2mm，鋼絞線面積1390mm2。張拉控制應(yīng)力σ=0.74fpk=0.74×1860MPa=1376.4MPa彈性模量Ep=1.95×105MPa鋼束類(lèi)型：內(nèi)部（后張）鋼筋松馳系數(shù)：0.3預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)：0.25管道每米局部偏差的摩擦影響系數(shù)：0.0015m-1錨具變形、鋼束回縮和接縫壓縮值：0.006m1.1.3荷載1、恒載：一期恒載：按截面的尺寸自動(dòng)輸入。二期恒載：橋面鋪裝層取10cm瀝青混凝土，取二期恒載30KN/m。2、活載：汽車(chē)荷載采用公路一級(jí)荷載，設(shè)計(jì)為四車(chē)道。3、溫度荷載工況設(shè)計(jì)橋梁考慮升溫、降溫、升溫溫度梯度、降溫溫度梯度四種工況。升、降溫分別按+25℃、-20℃計(jì)，升溫溫度梯度按T14/5.5℃計(jì)。4、支座不均勻沉降：本設(shè)計(jì)取邊墩不均勻沉降0.5cm，中墩不均勻沉降1cm。5、收縮徐變：考慮混凝土收縮徐變影響，取年平均濕度80%，收縮開(kāi)始時(shí)的混凝土齡期為3天。1.2恒載計(jì)算1.2.1施工荷載施工荷載為分析在施工過(guò)程中為完成梁段施工而施加在已完成梁段上的各種荷載，并將其等效為節(jié)點(diǎn)集中力與彎矩的形式施加于節(jié)點(diǎn)之上，設(shè)計(jì)橋梁考慮施加掛籃荷載、吊架荷載、合龍壓重荷載與中跨合龍段頂推力三類(lèi)施工荷載。掛籃荷載：施加向下的集中力800kN合龍段壓重：施加向下的集中力=合龍段自重的一半。頂推力：中跨合龍段兩側(cè)分別施加3000KN。施工荷載施加方法：在此號(hào)塊懸臂施工開(kāi)始時(shí)，鈍化前一施工階段的掛籃荷載，并激活本施工階段的掛籃荷載，邊跨和龍時(shí)，在合龍前激活壓重，合龍后進(jìn)行鈍化；中跨的頂推力在中跨合龍前與中跨合龍吊架一并施加，在合龍后一并鈍化。施工荷載施如表：表4-2荷載施加節(jié)點(diǎn)荷載工況FX(KN)FY(KN)FZ(KN)MX(KN*m)MX(KN*m)MZ(KN*m)6邊跨壓重00-898.5910008邊跨壓重00-898.59100058邊跨壓重00-898.59100064邊跨壓重00-898.591000114邊跨壓重00-898.591000116邊跨壓重00-898.59100058中跨壓重001541.79600064中跨壓重001541.7960006邊跨吊架00-4000008邊跨吊架00-40000058邊跨吊架00-40000064邊跨吊架00-400000114中跨吊架00-400000116中跨吊架00-40000060頂推力-30000000063頂推力-30000000027掛籃100-80000040掛籃100-80000082掛籃100-80000096掛籃100-80000025掛籃200-80000041掛籃200-80000081掛籃200-80000097掛籃200-80000024掛籃300-80000042掛籃300-80000080掛籃300-80000098掛籃300-80000023掛籃400-80000043掛籃400-80000079掛籃400-80000099掛籃400-80000022掛籃500-80000044掛籃500-80000078掛籃500-800000100掛籃500-80000021掛籃600-80000045掛籃600-80000077掛籃600-800000101掛籃600-80000020掛籃700-80000046掛籃700-80000076掛籃700-800000102掛籃700-80000019掛籃800-80000047掛籃800-80000075掛籃800-800000103掛籃800-80000018掛籃900-80000048掛籃900-80000074掛籃900-800000104掛籃900-80000017掛籃1000-80000049掛籃1000-80000073掛籃1000-800000105掛籃1000-80000016掛籃1100-80000050掛籃1100-80000072掛籃1100-800000106掛籃1100-80000015掛籃1200-80000051掛籃1200-80000071掛籃1200-800000107掛籃1200-80000014掛籃1300-80000052掛籃1300-80000070掛籃1300-800000108掛籃1300-80000013掛籃1400-80000053掛籃1400-80000069掛籃1400-800000109掛籃1400-80000012掛籃1500-80000054掛籃1500-80000068掛籃1500-800000110掛籃1500-80000011掛籃1600-80000055掛籃1600-80000067掛籃1600-800000111掛籃1600-80000010掛籃1700-80000056掛籃1700-80000066掛籃1700-800000112掛籃1700-8000009掛籃1800-80000057掛籃1800-80000065掛籃1800-800000113掛籃1800-8000008掛籃1900-80000058掛籃1900-80000064掛籃1900-800000114掛籃1900-8000001.2.2邊界條件針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的受力特點(diǎn)，對(duì)成橋狀態(tài)設(shè)置了剛性連接當(dāng)作支點(diǎn)用的施加214號(hào)節(jié)點(diǎn)、215號(hào)節(jié)點(diǎn)、216號(hào)節(jié)點(diǎn)、217號(hào)節(jié)點(diǎn)限制Dy、Dz、Rx、Rz方向的一般支承，對(duì)橋墩底部122號(hào)節(jié)點(diǎn)、146號(hào)節(jié)點(diǎn)、170號(hào)節(jié)點(diǎn)、192號(hào)節(jié)點(diǎn)施加全部約束的一般支承。對(duì)施工階段來(lái)說(shuō)，在邊跨支架現(xiàn)澆階段（施工階段61）對(duì)1-6號(hào)節(jié)點(diǎn)、116-121號(hào)節(jié)點(diǎn)施加約束一般支承。在合龍完成后，再將全部約束的一般支承鈍化，激活成橋階段約束。對(duì)于墩梁固結(jié)處（191接86節(jié)點(diǎn)、213接92節(jié)點(diǎn)、145接30節(jié)點(diǎn)、169接36節(jié)點(diǎn)），采用彈性連接（剛性）進(jìn)行模擬。對(duì)于邊跨末端支座與主梁固結(jié)處（214接2節(jié)點(diǎn)、216接2節(jié)點(diǎn)、215接120節(jié)點(diǎn)、217接120節(jié)點(diǎn)），采用彈性連接（剛性）進(jìn)行模擬。表4-3邊界條件表格（一般支承）節(jié)點(diǎn)DxDyDzRxRyRzRw組1221111111主墩1461111111主墩1701111111主墩1921111111主墩2700100000#現(xiàn)澆2800100000#現(xiàn)澆2900100000#現(xiàn)澆3000100000#現(xiàn)澆3100100000#現(xiàn)澆3200100000#現(xiàn)澆3300100000#現(xiàn)澆3400100000#現(xiàn)澆3500100000#現(xiàn)澆3600100000#現(xiàn)澆3700100000#現(xiàn)澆3800100000#現(xiàn)澆3900100000#現(xiàn)澆8300100000#現(xiàn)澆8400100000#現(xiàn)澆8500100000#現(xiàn)澆8600100000#現(xiàn)澆8700100000#現(xiàn)澆8800100000#現(xiàn)澆8900100000#現(xiàn)澆9000100000#現(xiàn)澆9100100000#現(xiàn)澆9200100000#現(xiàn)澆9300100000#現(xiàn)澆9400100000#現(xiàn)澆9500100000#現(xiàn)澆10010000邊跨現(xiàn)澆21111010邊跨現(xiàn)澆30010000邊跨現(xiàn)澆40010000邊跨現(xiàn)澆50010000邊跨現(xiàn)澆60010000邊跨現(xiàn)澆1160010000邊跨現(xiàn)澆1170010000邊跨現(xiàn)澆1180010000邊跨現(xiàn)澆1190010000邊跨現(xiàn)澆1201111010邊跨現(xiàn)澆1210010000邊跨現(xiàn)澆2140010000邊墩2160110000邊墩2150010000邊墩2170110000邊墩D表示位移，R表示旋轉(zhuǎn)；x方向?yàn)轫槝蛳?，y方向?yàn)闄M橋向，z方向?yàn)樨Q橋向，0表示不約束，1表示進(jìn)行約束。表4-4-1邊界條件表格（彈性連接）序號(hào)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2類(lèi)型角度固定SDx（kN/m）Sdy（kN/m）SDz（kN/m）119186固定00000221392固定00000314530固定00000416936固定0000052142固定0000062162固定000007215120固定000008217120固定00000表4-4-2邊界條件表格（彈性連接）序號(hào)SRxSRySRz剪力彈性支撐位置距離比Sdy距離比SDz組100000.50.5主墩剛接200000.50.5主墩剛接300000.50.5主墩剛接400000.50.5主墩剛接500000.50.5邊墩剛接600000.50.5邊墩剛接700000.50.5邊墩剛接800000.50.5邊墩剛接1.2.3鋼筋布置設(shè)計(jì)橋梁布置了縱向、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，在運(yùn)用Midas軟件建模中，模擬了縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的建模，包括頂板束、底板束與腹板束三類(lèi)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋。頂板束與腹板束跟隨懸臂施工同步張拉，合龍段頂板束與底板束在邊跨與中跨合龍段澆筑后進(jìn)行張拉。圖4-2縱向預(yù)應(yīng)力鋼束豎彎示意圖1.2.4沖擊系數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)橋梁運(yùn)用MidasCivil進(jìn)行自振特性分析，提取5階模態(tài)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：表4-5自振特性模態(tài)號(hào)頻率(rad/sec)(cycle/sec)周期(sec)容許誤差11.2860860.2046871.8855090.00E+0023.226050.5134421.9476410.00E+0035.5090010.8767851.1405312.21E-4847.0821061.1271520.8871923.72E-4059.3737451.4918780.6702961.63E-29計(jì)算可得設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)基頻f=0.832,根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《通規(guī)》)，f＜1.5Hz時(shí)，汽車(chē)沖擊系數(shù)μ=0.05，汽車(chē)荷載按橫向折減系數(shù)為0.67，考慮1.15的橫向偏載系數(shù)。1.2.5荷載組合結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1，在計(jì)算中考慮如下荷載組合表4-6荷載工況組合序號(hào)名稱(chēng)組合類(lèi)型沉降恒荷載鋼束一次鋼束二次徐變二次收縮二次溫升溫降溫升溫度梯度溫降溫度梯度汽車(chē)荷載1基本1基本組合0.51.21.2112基本2基本組合0.51.21.2113基本3基本組合0.51.21.2111.41.44基本4基本組合0.51.21.2111.41.45基本5基本組合0.51.21.2111.41.46基本6基本組合0.51.21.2111.41.47基本7基本組合0.51.21.2111.051.058基本8基本組合0.51.21.2111.051.059基本9基本組合0.51.21.2111.051.0510基本10基本組合0.51.21.2111.051.0511基本11基本組合0.5111112基本12基本組合0.5111113基本13基本組合0.511111.41.414基本14基本組合0.511111.41.415基本15基本組合0.511111.41.416基本16基本組合0.511111.41.417基本17基本組合0.511111.051.0518基本18基本組合0.511111.051.0519基本19基本組合0.511111.051.0520基本20基本組合0.511111.051.0521頻遇21頻遇組合11111110.822頻遇22頻遇組合11111110.823頻遇23頻遇組合11111110.824頻遇24頻遇組合11111110.825頻遇25頻遇組合11111126頻遇26頻遇組合11111110.827頻遇27頻遇組合11111110.828頻遇28頻遇組合11111110.829頻遇29頻遇組合11111110.830準(zhǔn)永久30準(zhǔn)永久組合11111110.831準(zhǔn)永久31準(zhǔn)永久組合11111110.832準(zhǔn)永久32準(zhǔn)永久組合11111110.833準(zhǔn)永久33準(zhǔn)永