1、,MIDAS/Civil培训交流,预应力混凝土梁的 施工阶段分析,概要：,本例题使用一个简单的两跨连续梁模型（图1）来重点介绍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。,桥梁概况及一般截面使用的材料及其容许应力荷载预应力混凝土梁的分析顺序,图1. 分析模型,桥梁概况及一般截面,分析模型为一个两跨连续梁，其钢束的布置如图2所示，分为两个阶段来施工。 桥梁形式：两跨连续的
2、预应力混凝土梁 桥梁长度：L = 2x30 = 60.0 m,图2. 立面图和剖面图,使用的材料及其容许应力,荷载,预应力混凝土梁的分析步骤,设置操作环境 定义材料和截面 建立结构模型 输入荷载恒荷载钢束特性和形状钢束预应力荷载 定义施工阶段 输入移动荷载数据 运行结构分析 查看结果,步骤 1. 设置操作环境,操作步骤,文件 / 新项目 文件 / 保存 ( 预应力混凝土梁的施工阶段分析 ) 工具 / 单位体系 长度 m ; 力tonf ,1,2,4,3,步骤 2.1 定义材料,操作步骤,模型 / 材料和截面特性 / 材料 添加 类型混凝土 ; 规范GB-civil(RC) 数据库40 （与上部
3、相同） 名称( 钢束 ) ; 类型用户定义 ; 规范无 分析数据 弹性模量 (2.1e7) ,1,2,3,4,步骤 2.2 定义截面,操作步骤,模型 /材料和截面特性 / 截面 添加 数据库/用户 截面号 ( 1 ) ; 名称 (Beam) 截面类型实腹长方形截面用户 H ( 3 ) ; B ( 2 ) 偏心中-下部,2,1,3,4,5,6,步骤 2.3 定义材料的时间依存性并连接,操作步骤,模型 /材料和截面特性 / 时间依存性材料(徐变 设计标准CEB-FIP 28天材龄抗压强度 (4000) 相对湿度 (40 99) (70) 构件的理论厚度 (1.2) 混凝土种类 普通水泥 (N, R
4、) 开始收缩时的混凝土材龄 (3) ,1,2,4,3,5,6,7,步骤 2.3 定义材料的时间依存性并连接,操作步骤,模型 / 材料和截面特性 / 时间依存性材料(抗压强度) 名称 (抗压强度) ; 类型设计规范 强度发展规范CEB-FIP 混凝土28天抗压强度 (S28) (4000) 混凝土类型(a) (N, R : 0.25) ,1,2,4,3,步骤 2.3 定义材料的时间依存性并连接,操作步骤,模型 / 材料和截面特性 / 时间依存材料连接 时间依存材料类型徐变/收缩徐变/收缩 强度进展抗压强度 选择指定的材料材料1:40 选择的材料,1,3,4,5,2,步骤 3. 建立结构模型,操作
5、步骤,模型节点 建立节点 坐标 (0,0,0) 模型单元 扩展单元全选 扩展类型节点 线单元 单元类型梁单元 ; 材料1:40 ; 截面 1: Beam 生成形式复制和移动 复制和移动等间距dx,dy,dz(2, 0, 0) 复制次数(30) ,1,3,2,4,5,6,7,8,9,步骤 3.1 定义结构组,操作步骤,模型组定义结构租 定义结构组名称( S-G ) ; 后缀 ( 1to2 ) 定义结构组名称 ( All ) 单元号显示 (on) 窗口选择 (单元 : 1 to 18) 组结构组S_G1 (拖&放)同上操作窗口选择 (单元 : 19 to 30) 组结构组S_G2 (拖 & 放)全
6、选 组结构组All (拖 &放),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。,Drag & Drop,1,3,4,2,5,6,9,步骤 3.2 新建边界组,操作步骤,模型组定义边界组 定义边界组名称 ( B-G ) ; 后缀( 1to2 ),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。,1,2,步骤 3.3 新建荷载组,操作步骤,模形组定义荷载组 定义荷载组名称 ( Selfweight ) 同上操作
7、定义荷载组名称 ( Tendon ) ; 后缀 ( 1to2 ),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。,1,2,步骤 3.4 输入边界条件,操作步骤,单元号 (关) ; 节点号 (开) 模型 /边界条件 / 一般支撑 单选(节点 : 1) 边界组名称B-G1 选择添加 支撑条件类型 Dy, Dz, Rx (开) 同上操作 单选 (节点 : 16) 边界组名称B-G1 选择添加 支撑条件类型Dx, Dy, Dz, Rx (开) 单选 (节点 : 31) 边界组名称B-G2 选择添加 支撑条件类
8、型 Dy, Dz, Rx (开) ,1,2,5,6,4,步骤 4. 输入荷载,操作步骤,荷载/ 静力荷载工况 名称 (恒荷载) 类型 (施工阶段荷载) 名称 (预应力 1) 类型 (施工阶段荷载) 名称 (预应力 2) 类型 (施工阶段荷载) ,本例题针对恒荷载和预应力荷载进行施工阶段分析。移动荷载分析则需另行输入移动荷载数据。,1,2,3,步骤 4.1 输入恒荷载,操作步骤,荷载 / 自重 荷载工况名称 恒荷载 荷载组名称 自重 自重系数 Z (-1),使用 自重 功能输入恒荷载。,1,2,3,4,步骤 4.2 输入钢束特性值,操作步骤,荷载/ 预应力荷载 / 预应力钢束的特性值 预应力钢束
9、的名称 ( 钢束 ) ; 预应力钢束的类型内部 材料2: 钢束 预应力钢束总面积 (0.0042997) 钢铰线公称直径15.2mm(0.6) 钢铰线股数 ( 31 ) 钢束孔道直径 (0.133) ; 松弛系数 (45) 预应力钢筋与孔道摩擦系数 (0.3) ; 孔道每米局部偏差摩擦系数 (0.0066) 极限强度(190000) ; 屈服强度 (160000) 张拉方法后张法 锚具变形和钢筋内缩值开始点 (0.006) ; 结束点(0.006) ,1,2,11,步骤 4.3 输入钢束形状,操作步骤,荷载/ 预应力荷载 / 预应力钢束形状 钢束名称 (Tendon 1) ; 钢束特性值ten
10、don 窗口选择 (单元 : 1 to 18) 钢束直线段开始点 (0) ; 结束点(0) 布置形状 1x ( 0 ), y ( 0 ), z ( 1.5 ), 固定 (关) 2x ( 12 ), y ( 0 ), z ( 0.2 ),固定 (开), Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) 3x ( 30 ), y ( 0 ), z ( 2.6 ),固定 (开) , Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) 4x ( 36 ), y ( 0 ), z ( 1.8 ),固定 (关) 钢束形状直线 钢束布置插入点 ( 0, 0, 0) 假想x轴方向X ,首先输入第一跨的钢束形状。,1,4,12,步骤 4
11、.4 输入钢束形状,操作步骤,荷载 / 预应力荷载 / 预应力钢束形状 钢束名称 (tendon 2) ; 钢束特性值tendon窗口选择 (单元 : 13 to 30) 钢束直线段开始点 (0) ; 结束点 (0) 布置形状 1x ( 24 ), y ( 0 ), z ( 2 ), 固定 (关) 2x ( 30 ), y ( 0 ), z ( 2.8 ),固定 (开), Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) 3x ( 48 ), y ( 0 ), z ( 0.2 ),固定 (开) , Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) 4x ( 60 ), y ( 0 ), z ( 1.5 ),固定 (关
12、) 钢束形状直线 钢束布置插入点 ( 0, 0, 0) 假想x轴方向X ,首先输入第二跨的钢束形状。,1,4,12,下面按如下方法确认所输入的钢束的形状。,操作步骤,单元号(关)显示综合钢束形状 (开)名称(开) ; 点 (开) ,2,步骤 4.5 输入钢束预应力荷载,操作步骤,荷载/ 预应力荷载/ 钢束预应力荷载 荷载工况名称预应力 1 ; 荷载组名称tendon 1 钢束 tendon 1 已选钢束 张拉力应力 ; 先张拉开始点 开始点 (133000 ) ; 结束点 (133000 ) 注浆 : 下 ( 1 ),1,2,5,6,4,3,输入tendon 1荷载,步骤 4.6 输入钢束预应
13、力荷载,操作步骤,荷载/ 预应力荷载/ 钢束预应力荷载 荷载工况名称预应力 2 ; 荷载组名称tendon 2 钢束 tendon 2 已选钢束 张拉力应力 ; 先张拉开始点 开始点 (133000 ) ; 结束点 (133000 ) 注浆 : 下 ( 1 ),1,2,5,6,4,3,输入tendon 2荷载,步骤 5 定义施工阶段,操作步骤,施工阶段划分,各施工阶段的结构组、边界组和荷载组,步骤 5.1 定义施工阶段1(CS1),操作步骤,荷载 / 施工阶段分析数据 / 定义施工阶段 名称 ( CS 1 ) ; 持续时间 ( 20 ) 保存结果施工阶段(on) ; 施工步骤(on) 添加子步
14、骤自动生成步骤数(5)单元 组列表S-G1 激活材龄 ( 5 ) ; 边界 组列表 B-G1 激活支撑条件/ 弹性支撑位置变形后 ; 荷载 组列表 自重,tendon1 激活激活时间开始 ; ,1,2,3,6,4,5,7,8,9,10,步骤 5.2 定义施工阶段2(CS2),操作步骤,荷载 / 施工阶段分析数据 / 定义施工阶段 名称 ( CS 2 ) ; 持续时间 ( 20 ) 保存结果施工阶段(on) ; 施工步骤(on) 添加子步骤自动生成步骤数(5)单元 组列表S-G2 激活材龄 ( 5 ) ; 边界 组列表 B-G2 激活支撑条件/ 弹性支撑位置变形后 ; 荷载 组列表 tendon
15、2 激活激活时间开始 ; ,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,步骤 5.3 定义施工阶段3(CS3),操作步骤,荷载 / 施工阶段分析数据 / 定义施工阶段 名称 ( CS 3 ) ; 持续时间 ( 1000 ) 保存结果施工阶段(on) ; 施工步骤(on) 添加子步骤自动生成步骤数(15),1,2,3,4,步骤 5.4 施工阶段分析控制,操作步骤,分析 / 施工阶段分析控制 最终施工阶段最后施工阶段 分析选项考虑时间依存效果 (开)时间依存效果 徐变 和收缩 (开) ; 类型徐变和收缩徐变分析时得收敛控制 迭代次数 ( 5 ) ; 收敛误差 ( 0.01 ) 自动分割时间 (开)
16、钢束预应力损失 (徐变和渐变) (开) 抗压强度的变化 (开) 钢束预应力损失 (弹性收缩) (开) ,完成建模和定义施工阶段后，在施工阶段分析选项中选择是否考虑材料的时间依存特性和弹性收缩引起的钢束应力损失，并指定分析徐变时的收敛条件和迭代次数。,1,2,3,4,5,6,7,9,8,步骤 6 输入移动荷载数据,操作步骤,荷载 / 移动荷载分析数据 /车道 车道名称 ( Lane1 ) 车道荷载的分布车道单元 车辆移动方向往返 偏心距离 ( 0 ) 桥梁跨度 ( 30 ) 选择两点 ( 1, 31 ) ,1,2,3,4,5,7,6,步骤 6.1 输入车辆荷载,操作步骤,荷载 / 移动荷载分析数
17、据 / 车辆 车辆 添加标准车辆 标准车辆荷载 规范名称 中国城市桥梁荷载(CJJ77-98)同上操作 车辆荷载名称 C-AL ; C-AD(20) ,输入数据库中内含的标准车辆荷载C-AL和C-AD(20),1,2,3,步骤 6.2 输入移动荷载工况,操作步骤,荷载 /移动荷载数据分析/ 移动荷载工况 荷载工况 ( Moving Load ) 子荷载工况车辆组VL: C-AL 可以加载的最少车道数( 0 ) 可以加载的最大车道数 ( 1 ) 车道列表Lane1 选择的车道列表 Lane1子荷载工况 车辆组VL: C-AD(20) 可以加载的最少车道数( 0 ) 可以加载的最大车道数 ( 1
18、) 车道列表Lane1 选择的车道列表 Lane1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,步骤 7 运行结构分析,操作步骤,分析/ 运行分析,建模、定义施工阶段全部输入结束后，运行结构分析,步骤 8 定义荷载组合,操作步骤,阶段PostCS 结果 / 荷载组合 激活 (开) ; 名称 ( Com1 ) ; 类型相加 荷载工况合计(CS) ; 系数 ( 1.0 ) 荷载工况移动荷载(MV) ; 系数 ( 1.0 )同上操作 激活 (开) ; 名称( Com2 ) ; 类型添加 荷载工况自重(CS) ; 系数 ( 1.3 ) 荷载工况钢束二次应力(CS) ; 系数( 1.0 ) 荷载工况
19、徐变收缩二次应力(CS) ; 系数( 1.3 ) 荷载工况移动荷载(MV) ; 系数( 2.15 ),对于未定义成为施工阶段荷载的其他荷载，将在最后施工阶段进行结构分析，并对其结果进行组合。在这里将与移动荷载的分析结果进行组合，查看其容许应力(Com1)，而且会定义施工阶段荷载的分项系数来查看其极限强度(Com2)。,2,3,4,5,步骤 9 查看分析结果,操作步骤,阶段CS1 结果 / 桥梁内力图 荷载工况/荷载组合CS: 合计(开) ; 步骤列表最后 图形类型应力 ; x轴刻度距离 桥梁单元组All 组合 组合(开) ; 3(+y, -z) 容许应力线画容许应力线 (开) 抗拉 ( 320
20、 ) ,对于MIDAS/Civil 施工阶段分析的结果，可查看到某一施工阶段为止所累积的全部构件的应力和位移，也可查看某一单元随施工阶段的应力和位移的变化。利用桥梁内力图 查看施工阶段1(CS 1)中截面下缘的应力。,2,3,4,6,7,8,5,9,步骤 9 查看分析结果,操作步骤,阶段 Min/Max 结果 / 桥梁主梁内力图 荷载工况/荷载组合CS最大: 合计 (开) 图形类型应力 ; X轴刻度距离 桥梁单元组All 组合 组合(开) ; 3(+y, +z) 容许应力线画容许应力线 (关) 查看操作同上 荷载工况/荷载组合CS最小: 合计 (开) ,利用桥梁内力图 查看在各施工阶段所发生的
21、最大、最小应力。,2,3,4,6,7,8,5,9,步骤 9 查看分析结果,操作步骤,阶段CS3 结果 / 桥梁主梁内力图 荷载工况/荷载组合CS: 徐变一次 (开) 步骤列表最后 图形类型 弯矩 ; X轴刻度距离 桥梁单元组All 应力-Sbz 选项当前施工阶段-步骤 查看结果操作同上 荷载工况/荷载组合CS: 徐变二次 (开) 荷载工况/荷载组合CS: 收缩一次 (开) 荷载工况/荷载组合CS: 收缩二次 (开),查看由徐变和收缩引起的弯矩。由徐变和收缩引起的弯矩按一次应力和二次应力分别输出。 由于徐变系数和收缩促使结构发生变形的力叫一次应力。而当结构处于超静定状态时，结构会产生约束上述变形
22、的约束力，这种力叫二次应力,2,3,4,6,7,8,5,9,10,11,3,步骤 9 查看分析结果,操作步骤,阶段PostCS 结果 / 桥梁主梁内力图 荷载工况/荷载组合CBMax: Com1 (开) 图形类型 应力 ; X-轴刻度距离 桥梁单元组All 组合 (开) ; 3(+y, +z) 容许应力线画容许应力线 (关) 操作同上 组合 (开) ; 3(+y, -z) 容许应力线画容许应力线(关) ,利用荷载组合查看应力在最后施工阶段查看施工阶段分析结果和移动荷载分析结果叠加起来的应力图形。,2,4,6,7,8,5,9,3,步骤 9 查看分析结果,操作步骤,结果 / 分析结果表格 /梁单元
23、 / 应力 节点或单元单元 ( 15 ) 荷载工况/荷载组合合计(CS) (开) 按Shift键全选CS1:001到CS3:所有的施工阶段。 位置号Part j (开) ,利用表格查看支承位置(单元15)的施工阶段应力变化。,2,4,5,3,步骤 9 查看分析结果,操作步骤,阶段最终阶段 结果 /内力 / 梁单元内力图 荷载工况/荷载组合CBall: Com2 内力My 显示选项5点, 不涂色, 系数( 1.0 ) 显示类型等值线图 (开) ; 图例 (开) ,查看系数荷载组合条件下的弯矩。,2,4,5,3,6,步骤 9 查看分析结果,操作步骤,阶段PostCS 结果 /应力 / 梁单元应力 荷载工况/荷载组合CBMax: Com1 应力组合应力 2 显示类型等值线图 (开) ; 图例 (开) ,利用梁单元应力查看系数荷载组合条件下的应力。,2,4,5,3,
