Midas预应力混凝土连续箱梁分析算例课件.ppt
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1、1,本例题使用两跨连续梁模型,重点介绍MIDAS/Civil的施工阶段分析功能、钢束预应力荷载的输入方法以及查看分析结果的方法等。主要包括分析预应力混凝土结构时定义钢束特性、钢束形状、输入预应力荷载、定义施工阶段等的方法,以及在分析结果中查看徐变和收缩、钢束预应力等引起的结构的应力和内力变化特性的步骤和方法。,预应力混凝土连续箱梁分析算例,桥梁长度602=120m,2,跨中截面和端部截面,材料:JTG04(RC)-C50混凝土,3,箱型截面尺寸,4,定义材料和截面建立结构模型定义并构建结构组定义并构建边界组定义荷载组输入荷载布置预应力钢束张拉预应力钢束定义时间依存性材料特性值并连接运行结构分析
2、确认分析结果。,施工阶段分析应该正确施工顺序。施工阶段分析中各施工阶段的定义,在MIDAS/CIVIL里是通过激活和钝化结构组、边界组以及荷载组来实现的。MIDAS/CIVIL中桥梁施工阶段分析的步骤如下,5,6,7,定义单位体系,捕捉、选择视图等开关状态控制状态条坐标的动态显示,8,定义材料,3个页面对话框,材料对话框,截面对话框,厚度对话框,9,输入主桥材料,在设计类型中选混凝土,弹性模量35GPa,在混凝土中选JTG04(RC),在数据库中选C50,10,在钢材规范中选JTG04(s),在数据库中选Strand1860,在设计类型中选钢材,11,数据库的内定名称Strand1860即材料
3、的名称,Strand1860的材料特性,材料的名称可以由用户优先输入定义,12,定义主梁截面,点击添加,13,定义主梁截面偏心为中-上部,14,定义主梁截面,15,定义主梁截面,16,定义主梁模型,在原点建立节点1,17,定义主梁模型单元,将节点1通过扩展单元建立60个2m长的单元,窗口选择节点1,材料1:C50,截面1:跨中,复制和移动等间距dx,dy,dz(2,0,0)复制次数60,18,定义主梁模型单元,19,为边界条件建立三个边界节点,选择节点31,这是跨中节点,将节点31复制到z=-7.13m处,生成节点62,20,为边界条件建立三个边界节点,选择节点1,61;这是两端节点,将所选节
4、点复制到z=-2.7m处,生成节点63,64,21,PSC桥梁,从主菜单中选择 模型 结构建模助手 PSC桥梁 跨度信息.,从树形菜单中选择模型 结构建模助手 PSC桥梁 跨度信息.,22,跨度信息,确定桥梁的跨度信息:端部支点、内部支承的数量及位置、跨经等,分配单元经由选择的:在模型窗口中选择单元;号:直接输入单元号,如果被选单元的i端有一般支承条件,支承一栏会显示I。被选单元不是一般支承条件而是其它的边界条件时,就需用户在相应位置(I/J)中选择一项来补充支承一栏的信息,模型窗口选择单元或直接输入单元号以后,点击 添加/替换按钮,梁单元的单元号、单元长度、支承位置信息将会以表格的形式列出。
5、,23,先定义一般支撑,再定义跨度信息,在节点选择区键入1 31 61按回车键,即选择节点1、节点31和节点61,建立边界约束,Dx(开)等这里可随意,仅配合跨度信息的支撑定义,24,定义跨度信息,3 点击添加/替换按钮,4 点击梁信息下的添加按钮,2 选择单元1to60,25,边界约束与跨度支撑信息定义,前面在节点1 31 61处定义了一般支承条件,如果被选单元不是一般支承条件而是其它的边界条件时,就需用户在相应位置(I/J)中选择一项来补充支承一栏的信息,节点1是单元1的I端,节点 31是单元31的I端,节点61是单元60的J端,节点 31是单元30的J端,26,PSC桥梁,从主菜单中选择
6、 模型 结构建模助手 PSC桥梁 截面和钢筋,从树形菜单中选择模型 结构建模助手 PSC桥梁 截面和钢筋,27,截面和钢筋对话框有两个页面,1 截面页面,定义截面各个部位的纵向变化位置,变化可以用不同的曲线次数来模拟。可以对梁的高度、厚度和宽度等参数进行控制。,28,2 钢筋页面,截面和钢筋对话框有两个页面,定义钢筋纵向布置的起始和终止位置,定义钢筋横向布置的数量、直径和间距,钢筋页面下有2个表单纵向钢筋表单和抗剪钢筋表单,29,截面页面下有5个表单控制截面的各类变化,一般采用高度表单和下翼缘厚度表单,截面形式不同,表单的个数会随之变化,截面和钢筋对话框有两个页面,30,利用PSC桥梁定义变截
7、面主梁,31,利用PSC桥梁定义变截面主梁,程序根据跨度信息中的支撑条件,建立三根参考线,以便定义截面相对于参考线的变化位置,参考线s1位于节点1,参考线s2位于节点31参考线s3位于节点61。,用户可酌情选择参考线,定义截面的变化位置,32,设置表单可以采用不同的参考线,33,截面控制参数的含义,距离:距参考线的距离,尺寸:当前位置的截面尺寸,对称面距离:输入对称轴至参考线的距离,新版引入参考线:截面距离以参考线参定位,34,高度表单设置,下翼缘厚度表单设置,利用参考线1设置表单,35,利用参考线2设置表单,高度表单设置,下翼缘厚度表单设置,36,参考线的选择,曲线类型的选择,高度表单的细节
8、操作,37,变截面和等截面的比较,等截面仅用一个截面就可描述所有单元的截面特性,变截面每一个截面须要一个截面特性来模拟60个不同单元对应60个不同的截面特性,38,钢筋页面对话框,定义钢筋纵向布置的起始和终止位置,定义钢筋横向布置的数量、直径和间距,钢筋页面下有2个表单纵向钢筋表单和抗剪钢筋表单,这里介绍纵向钢筋表单,39,纵向钢筋布置的控制参数,梁名称:选择在跨度信息里定义好的梁。如果先前没有定义好梁,点击右侧按钮来定义新的梁,钢筋开始点至参考点距离必须大于钢筋结束点至参考点距离,40,Ref.Y:为了截面纵向钢筋的横向定位而指定基准点。选择中心,钢筋从中心至两边布置;选择左,钢筋从左端开始
9、布置,Ref.Z:为了截面纵向钢筋的竖值方向的位置而指定基准点。选择顶或底。,数量:输入钢筋数量,间距 S:钢筋起点处钢筋间距间距 E:钢筋终点处钢筋间距,Y:钢筋的型心从Ref.Y(基准点)的移动距离Z:Ref.Z(基准点)至钢筋的竖向距离,纵向钢筋布置的控制参数,间距相等:钢筋起点至终点的钢筋间距相等,勾选此选项,41,结构建模助手截和钢筋表单数据的保存和打开,将定义好的表单数据予以保存,点击 另存为按钮 以便后用,将原先保存的数据重新打开,以借鉴已有的经验,减少重复工作,结构建模助手的文件后缀为wzd,42,顶部和底部钢筋的横向布置示意,顶部布置10根钢筋,间距1m,距顶部0.1m,从y
10、轴中心向两边展开,底部布置4根钢筋,间距1.1m,距底部0.15m,从y轴中心向两边展开,43,顶部和底部钢筋的横向越界布置,顶部布置30根钢筋,间距0.5m,距顶部0.4m,从y轴中心向两边展开。钢筋布置y向越界,z向也越界。,底部布置10根钢筋,间距1m,距底部0.15m,从y轴中心向两边展开。钢筋布置y向越界。,44,纵向钢筋布置原则,截面受拉区布置纵向钢筋,初步计算时根据重力作用下的弯矩图,确定截面的受拉区和受压区,通常跨中部分,受拉区在截面的底部,支座约束部分,受拉区在截面的顶部,弯矩大的部位,多布置钢筋弯矩小的地方,少布置钢筋,布置构造钢筋,验算不满足规范要求,重新布局钢筋的配置,
11、45,纵向钢筋的布置,顶部布置30根钢筋,y向间距0.4m,距顶部0.13m,从y轴中心向两边展开。,以支座2为参考点定位纵向位置,起始位置-20m,结束位置20m,46,纵向钢筋的布置,顶部布置20根钢筋,y向间距0.6m,距顶部0.13m,从y轴中心向两边展开。,以支座1为参考点定位纵向位置,起始位置0m,结束位置20m,47,纵向钢筋的布置,顶部布置20根钢筋,y向间距0.6m,距顶部0.13m,从y轴中心向两边展开。,以支座1为参考点定位纵向位置,起始位置100m,结束位置120m,48,纵向钢筋的布置,底部布置25根钢筋,y向间距0.28m,距底部0.12m,从y轴中心向两边展开。,
12、以支座1为参考点定位纵向位置,起始位置20m,结束位置40m,49,纵向钢筋的布置,底部布置25根钢筋,y向间距0.28m,距底部0.12m,从y轴中心向两边展开。,以支座2为参考点定位纵向位置,起始位置20m,结束位置40m,50,纵向钢筋的布置,在关联菜单中,激活截面钢筋对话框,可以查看或修改钢筋数据,51,纵向钢筋的布置,52,纵向钢筋的布置,53,纵向钢筋的布置,54,纵向钢筋的布置,55,纵向钢筋的布置,56,纵向钢筋的布置,57,有效宽度,从主菜单中选择 模型 结构建模助手 PSC桥梁 有效宽度,从树形菜单中选择模型 结构建模助手 PSC桥梁 有效宽度,58,有效宽度比例系数,自动
13、计算PSC箱梁以及T型截面有效宽度系数的功能。对跨度信息中定义的梁计算考虑有效宽度后的截面抗弯惯性矩(Iyy)及中性轴位置。利用新惯性及中性轴与原惯性矩及中性轴之比,生成边界条件有效宽度系数数据。,59,有效宽度系数表格,60,时间依存材料特性,混凝土的收缩徐变特性、混凝土强度随时间变化特性在程序里统称为时间依存材料特性。定义混凝土时间依存材料特性分三步骤操作:1、定义时间依存特性函数(包括收缩徐变函数,强度发展函数 2、将定义的时间依存特性函数与相应的材料连接 3、修改时间依存材料特性值(构件理论厚度或体积与表面积比),定义混凝土材料随时间的变化特性(徐变和收缩)主要使用于考虑混凝土徐变和收
14、缩的水化热分析和施工阶段分析,61,时间依存材料特性,定义混凝土时间依存材料特性时注意事项:1)、定义时间依存特性函数时,混凝土的强度要输入混凝土的标号强度;2)、在定义收缩徐变函数时构件理论厚度可以仅输入一个非负数,在建立模型后通过程序自动计算来计算构件的真实理论厚度;3)、混凝土开始收缩时的材龄在收缩徐变函数定义中指定,加载时的混凝土材龄在施工阶段定义中指定(等于单元激活时材龄+荷载施加时间);4)、修改单元时间依存材料特性值时要对所有考虑收缩徐变特性的混凝土构件修改其构件理论厚度计算值。计算公式中的a代表在空心截面在构件理论厚度计算时,空心部分截面周长对构件与大气接触的周边长度计算的影响
15、系数;5)、当收缩徐变系数不按规范计算取值时,可以通过自定义收缩徐变函数来定义混凝土的收缩徐变特性;6)、如果在施工阶段荷载中定义了施工阶段徐变系数,那么在施工阶段分析中将按施工阶段荷载中定义的徐变系数来计算,62,时间依存材料特性命令,从主菜单中选择模型 材料和截面特性 时间依存性材料(徐变/收缩),从树形菜单中选择材料和截面特性 时间依存性材料(徐变/收缩),63,时间依存性材料(徐变/收缩),C50的标号强度为50MPa,h=2*面积Ac/接触周长uu=Lo+a*Li,实心a=0,64,时间依存材料显示结果,时间依存性材料(徐变/收缩)结果显示,65,时间依存性材料连接,66,时间依存性
16、材料连接操作过程,67,修改单元理论厚度,修改各单元的理论厚度值或者体积与面积比。当不同的单元使用了同一种时间依存材料,或使用了变截面单元时,需要分别计算各截面的理论厚度,窗口选择主梁对应的单元即单元1to60,h=2*面积Ac/接触周长uu=Lo+a*Li,68,关联菜单弹出修改单元依存特性值表格,69,建立横向联系梁结构组,选择拖放功能,进行单元和节点的分配,70,定义结构组、边界条件组和荷载组,为了进行施工阶段分析,将在各施工阶段(construction stage)所要激活和钝化的单元和边界条件定义为组,并利用组来定义施工阶段,定义结构组,将一些节点和单元组成一个结构组(Struct
17、ure Group),以便于建模、修改和输出。可以编辑和删除已建立的结构组,可以直接使用该结构组名称进行选择(选择属性),或只激活该结构组(激活属性)。该功能可以用于定义桥梁各施工阶段的结构。,71,定义结构组命令,从主菜单中选择模型 组 定义结构组.,在树形菜单的菜单表单中选择模型 组 定义结构组,在树形菜单的组表单中利用结构组的关联菜单,72,一般地,首先由用户引入结构组的名称,然后在树形菜单的组表单中使用拖放功能将节点和单元赋予相应的结构组,结构组由名称和相应的节点和单元构成,也可在树形菜单的组表单中,利用结构组的关联菜单中的新建选项,由程序自动生成默认的结构组名称。名称可随后修改,结构
18、组的名称可由定义结构组对话框输入,73,通过后缀方式一次建立2个结构组:结构组1和结构组2,定义结构组,无后缀方式一次建立1个结构组:all,74,结构组单元的分配,引入结构组名称后,尚未给相关结构组分配单元,结构组1分配跨中的20个单元单元16到单元45,与节点62,结构组2分配两边的20个单元单元1到单元15,单元46到单元60节点63,64,结构组all分配所有的单元和节点,75,结构组1单元和节点的拖放分配,窗口选择单元16to45,节点62,76,结构组2单元和节点的拖放分配,窗口选择单元1to15,46to60,节点63,64,77,结构组all单元和节点的拖放分配,78,定义边界
19、组,将单元和节点上的边界条件定义为一个边界组,或修改和删除已定义的边界组,对复杂的模型,当分析和设计中需要反复使用某些边界条件时,可以将其定义为一个边界组,然后可以直接使用该边界组名称进行选择(选择属性),或只激活该边界组(激活属性)。该功能可以用于定义桥梁各施工阶段的边界,在生成边界组之前,需要先定义边界组的名称。然后在边界条件对话框中,将边界条件与边界组关联,一个边界组可以管理不同类型的边界条件,79,定义边界组命令,从主菜单中选择模型 组 定义边界组.,在树形菜单的菜单表单中选择模型 组 定义边界,在树形菜单的组表单中利用边界组的关联菜单,80,边界组的名称定义可由定义边界组对话框输入,
20、边界组由名称和相应的节点边界条件构成,也可在树形菜单的组表单中,利用边界组的关联菜单中的新建选项,可以由程序自动生成默认的边界组名称,边界组的名称可以随后修改,81,定义边界组对话框仅引入边界组名称,边界组名称将出现在边界条件对话框中,将不同的边界条件附属于边界组,引入边界组1和边界组2,82,定义边界条件,约束施加在节点上,定义边界条件时,需要选择节点;被约束节点可以是单元节点也可以是边界节点,边界条件可以隶属于边界组,也可隶属于程序的默认值。复杂工况,应建立边界组,将不同的边界条件归属边界组管理。,删除原先建立的边界条件,83,边界条件的简化处理,边界条件的简化处理有多种考虑:1 直接在节
21、点1、31和61上施加约束2 另外建立边界节点,在边界节点上施加约束条件,再通过弹性连接或刚性连接将边界条件予以具体处理。,84,在节点63和64上施加边界约束,分别单选节点63和64,选择边界组2,设置边界条件Dy=1,Dz=1,Rx=1,点击适用按钮,85,在节点62上施加边界约束,单选节点62,选择边界组1,设置边界条件D-All=1,R-All=1,点击适用按钮,86,在节点62与31之间建立刚性连接,选择从节点31,点击刚体按钮,输入主节点62,87,在节点1-63和64-61之间建立弹性连接,选择边界组2,弹性刚度的设置,从63至1连接2点,x方向距离120m处复制弹性连接,连接成
22、功图示,88,定义荷载组的功能,将一些荷载组成一个荷载组,以便于建模、修改和输出。可以编辑和删除已建立的荷载组,对复杂的模型,当分析和设计中需要反复使用某些荷载时,可以将其定义为一个荷载组,然后可以直接使用该荷载组名称进行选择(选择属性),或只激活该荷载组(激活属性)。该功能可以用于定义桥梁各施工阶段的荷载。,在生成荷载组之前,需要先定义荷载组的名称。,89,定义荷载组命令,从主菜单中选择模型 组 定义荷载组.,在树形菜单的菜单表单中选择模型组定义荷载组,在树形菜单的组表单中利用荷载组的关联菜单,90,荷载组的名称定义可由定义荷载组对话框输入,荷载组通过名称匹配相应的荷载工况,也可在树形菜单的
23、组表单中,利用荷载组的关联菜单中的新建选项,由程序自动生成默认的荷载组名称,荷载组的名称可以随后修改。,91,定义荷载组引入荷载组名称,引入荷载组1和荷载组2,荷载组名称将出现在荷载定义对话框中,将不同的荷载和荷载工况与荷载组关联,将荷载组1和荷载组2改名为预应力荷载1和预应力荷载2,92,定义钢束组的功能,布置位置和构造功能相关的钢束定义为钢束组,设置钢束组后,能够分别查看各个钢束组的钢束坐标、应力、预应力损失等。在定义钢束布置形状里选择钢束组时使用,在启动荷载 预应力荷载 预应力钢束的形状.命令之前,需要先定义钢束组的名称。,93,定义钢束组命令,从主菜单中选择模型 组 定义钢束组.,在树
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