三跨铁路连续梁桥MIDAS建模.docx

1、西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥目录0前言 .11概述 .11.1桥梁设计概况 .11.2设计荷载 .11.3 施工方案 .22计算分析的一般步骤 .33参数定义 材料和截面 .33.1材料 .33.2截面 .43.3变截面设置 .93.4时间依存材料特性（砼收缩徐变参数） .104节点单元建立 .114.1建立基点 .114.2扩展生成单元 .124.3修改节点坐标 .134.4修改截面 .134.5设置变截面组 .145修改单元依存材料特性 .156修改截面有效宽度 .157结构组、边界组、荷载组的定义及输入 .177.1结构组 .177.2边界组 .207

2、.3荷载组定义 .228施工阶段定义及建立 .229荷载工况定义及荷载输入 .279.1荷载工况定义 .279.2荷载输入 .279.3预应力荷载及预应力钢束输入 .319.4系统温度荷载 .399.5温度梯度荷载 .3910移动荷载 .4011支座沉降 .4412荷载组合及 SPC截面设计 .4413 PSC截面设计 .4614计算结果查看 .47西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥0 前言为了让学生更好的理解和应用MIDAS 作本年度的桥梁工程毕业设计，特制作了 MIDAS初步应用、（ 60+100+60）m 三跨高铁路连续梁桥 MIDAS实例建模以及桥梁博士初

3、步应用、（ 60+100+60） m 三跨高铁路连续梁桥桥梁博士实例建模本文件配合相应的视频文件使用。本套文件仅供桥梁工程毕业设计学生学习参考，模型中也并未完全按设计要求进行考虑。文件中错误再所难免，敬请批评指正。1 概述1.1 桥梁设计概况本桥为（ 60+100+60）m 三跨预应力混凝土连续梁铁路桥（见图 1-1）。主梁为单箱单室结构，梁宽 12.2m，桥梁采用挂篮悬臂灌注法施工。 通过本例题重点介绍 Midas/Civil软件的连续梁悬臂施工阶段仿真模拟。设计技术标准：铁路等级： I 级，客运专线桥上线路：双线，线间距4.8m设计行车速度： 250km/h设计荷载： ZK荷载轨道结构：

4、CRTS I 型板式无碴轨道60m100m60m图 1-1 全桥立面布置图1.2 设计荷载（一）恒载结构自重：钢筋混凝土结构按26.5kN/m3。二期恒载：桥面二期恒载按110kN/m,包括钢轨、扣件、枕木、道碴等线路设备重，1西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥以及防水层、人行道栏杆、人行道遮板、挡碴墙、电缆槽盖板及竖墙等附属设施重量。预应力及其次内力。混凝土收缩和徐变的影响：环境条件按野外一般条件计算，相对湿度取70。（二）活载列车竖向静活载： ZK活载，双线按 100计。竖向动力系数：按高速铁路设计规范（试行）（TB10621-2009）， ZK标准活载作用下

5、，活载动力系数按下式计算： 1+1.441 + - 0.18L ? - 0.2式中 L? 加载长度（ m），按 n跨连续梁时取平均跨度乘以下列系数:n=21.2n=31.3n=41.4n=51.5当计算 L? 小于最大跨度时，取最大跨度。（三）附加力（1）风力：按铁路桥涵设计基本规范 TB10002.1-2005）计算（本次设计不考虑风荷载）；（2）温度：按铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （ TB10002.3-2005）办理，体系温差为 +20和 -20 ，顶板日照温差 10按指数函数分布考虑，顶板升温按- ay指数加载，依据公式T y = T01e 计算，其中 T01 取10

6、 ( 沿梁高单线加载 ) ， a=5。（3）制动力或牵引力：按列车竖向静活载的 10%计，双线采用一线制动力或牵引力。（四）施工荷载挂篮重量（含模板）按750kN 计。1.3 施工方案最长节段长为 4m，节段重量大。由于本桥为长联多跨结构， 本桥先将 2 个边跨合龙，然后合龙中跨，合龙段利用挂篮吊架施工。主梁施工流程为： 墩梁固结悬臂施工形成 T 构双边跨满堂支架现浇双边跨合龙中合龙形成连续梁结构的过程。2西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥2 计算分析的一般步骤图 2-1 MIDAS 分析一般步骤3 参数定义 材料和截面3.1 材料主梁砼采用 C55，预应力钢绞线

7、采用1860 级。从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 特性值 > 材料图 3-1 砼材料3西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥选择 TB05(RC)TB10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范图 3-2 预应力材料3.2 截面梁截面主要有“中支点截面”和“跨中标准梁截面”，这两种截面基本也可以模拟全桥。“梁端截面”设有横隔板底板、顶板、腹板加厚，“中支点截面”实际也设有横隔板底板、顶板、腹板加厚。因此本桥截面变化节点号分别为 1#（梁端）、 17#、18#（中支点）、 36#（跨中）。见图 3-3。但就本次毕业设计而言，为

8、简单起见，可以只考虑两种截面“中支点截面”和“跨中标准梁截面”。图 3-3 截面变化分段4西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 特性值 > 截面 >设计截面图 3-4 跨中标准截面输入（单位：cm）注： 1、截面输入时应设置相应的单位。2 、注意修改偏心。图 3-5 跨中标准截面尺寸（单位：cm）5西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 3-6 梁端截面输入（单位：cm）图 3-7 梁端截面尺寸（单位： cm）注 ：第一个截面输入后，再添加下一个截面时，可以在上一截面尺寸的基础上进行

9、修改有些尺寸可以不需要再次输入。6西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 3-8 17# 截面输入（单位：cm）图 3-9 17# 截面尺寸（单位：cm）7西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 3-10 18# 截面输入（单位： cm）图 3-11 18# 截面尺寸（单位：cm）8西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥3.3 变截面设置本桥截面变化处主要有2#-3#， 6#-17#， 17#-18#，18#-17#（对应中跨 22#-23#），17#-6#（对应中跨 23#-34#）， 3#-2#（对应边跨 6

10、9#-70#）。从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 特性值 > 截面 >变截面在尺寸 I 导入“梁端截面”，在J 导入“跨中截面”；Y 轴 (即横向 )变化为一次方程；Z 轴（即梁高方向）按二次方程。图 3-12 2-3# 变截面设置相应其他几个变截面设置如下：6#-17#，I 端为“跨中截面”， J 端为“ 17#截面”17#-18#， I 端为“ 17#截面”， J 端为“ 18#截面” 18#-17#（对应中跨 22#-23#）， I 端为“ 18#截面”， J 端为“ 17#截面”17#-6#（对应中跨 23#-34#）， I 端为“ 17#截面”， J 端为“跨

11、中截面” 3#-2#（对应边跨 69#-70#）， I 端为“跨中截面”， J 端为“梁端截面”9西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥3.4 时间依存材料特性（砼收缩徐变参数）这里采用公路桥梁规范的参数设置，如图 3-13。而中国规范未对强度随时间的变化进行规定，因此可不输入“时间依存材料（抗压强度）”。从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 特性值 > 时间依存材料 ( 徐变 / 收缩 )收缩徐变特性与构件理论厚直接相关，此处随意输入值， 待单元建立后再统一进行自动计算修改。见“ 5 修改单元依存材料特性”。图 3-13收缩徐变参数设置（单位：mm ，

12、 N）图 3-14时间依存材料连接10西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥4 节点单元建立可以按实际的节点坐标和单元长度逐一每个节点和单元，建立全桥模型。也可以先生成模型的所有节点和单元，然后修改节点坐标，从而建立全桥模型。本桥节点和单元的划分如图 4-1 所示。全桥共 71 个节点， 70 个单元。图 4-1节点、单元划分（仅示半桥，单位：cm）4.1 建立基点从树形菜单 的菜单表单 中选择模型> 节点 > 建立图 4-1 建立 1#点注：节点坐标可以任意，后面再进行修改。11西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥4.2 扩展

13、生成单元先利用生成的 1#节点扩展生成 70 个单元，这里截面可以任意，以后可改，复制次数为 70 次。从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 单元 > 扩展图 4-2扩展单元此时生成的单元是等间距，截面均是一样的。利用三维查看，见图4-3。图 4-3生成的单元12西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥4.3 修改节点坐标按照图 4-1 节点划分方式， 先利用 EXCEL生成各节点的坐标值； 选择所有节点， 并打开“节点表格”，将 EXCEL表中的坐标值复制到节点表格中。见图 4-4、4-5。从主菜单中选择模型 >节点 > 节点表格 .。或，从

14、树形菜单 的表格表单 中选择表格 > 结构表格 > 节点图 4-4修改节点坐标前图 4-5 修改节点坐标后4.4 修改截面采用拖放功能修改相应单元截面。选中单元6-16# ，展开树形菜单>工作 >截面，鼠标左键按住“6-17”变截面拖放到模型窗口，则就将 6-16#单元修改为变截面“6-17”。修改后截面见图4-6 所示。图 4-6修改 6-16#单元截面后模型示意按上述方法修改：2#单元截面为“2-3”；17#、 49#单元截面为“ 17-18 ”；18-21# 、 50-53#单元截面为“18#截面”；38-48# 单元截面为“ 6-17”38-48# 单元截面为“

15、 6-17”23-33# 、 55-65#单元截面为“17-6”；13西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥69#单元截面为“3-2”。修改完成后截面全桥模型如图4-7 所示，此时为锯齿状。图 4-7修改单元截面后模型示意4.5 设置变截面组从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 特性值 > 变截面组注：变截面组的对称平面选择“ I”注：变截面组的对称平面选择“ J”图 4-8变截面组设置输入14西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 4-9 结构单元模型示意5 修改单元依存材料特性在 3.4 中输入混凝土收缩徐变特性时， 输入

16、构件理论厚度均为 100mm，全桥单元模型建立完成后，必须重新按每个截面实际尺寸计算理论厚度。从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 特性值 > 修改单元依存材料特性图 5-1 理论厚度修改图 5-2 修改后各单元理论厚度表6 修改截面有效宽度由于箱形截面或 T形截面有剪力滞效应，因此在计算应力时必须考虑截面有效宽度。有效宽度可以直接输入，也可以利用程序中“PSC桥梁信息”按公路桥规进行计算。公路和铁路桥梁对有效宽度的计算有区别， 请参照公路桥规 (JTG D62-2004)和高速铁路设计规范（试行） TB_10621-2009。在此处，为简便起见按公路桥规计算。本次毕业设计对此不

17、做硬性要求。第一步：从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 结构建模助手> PSC桥梁 > 跨度信息第二步：从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 结构建模助手> PSC桥梁 > 有效宽度15西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 6-1 跨度信息输入图 6-2 有效宽度计算有效宽度计算后可以查看各单元有效宽度值，见图6-3。16西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 6-3 单元有效宽度7 结构组、边界组、荷载组的定义及输入为了进行施工阶段分析， 将在各施工阶段 (construction stage

18、)所要激活或者钝化的单元、边界条件、荷载定义为组，并利用组来定义施工阶段。凡是需要在施工阶段施加或钝化的荷载、边界条件、单元都必须定义为组；而在成桥运营阶段施加的荷载则不需要定义组，按“荷载工况”定义由程序自动计算。7.1 结构组在树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 组 > 定义结构组将在同一施工阶段添加的单元集合成一个组，如0#块的“ 17to22 49to54”，两个 T构的 1 号块“ 16 23 48 55”等，也可以把一个T 构的 1 号块两个单元集成为一个组。图 7-1 结构组定义17西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥可以在树形菜单的组表

19、单中，点击右键，在弹出的关联菜单选择相应的命令操作。首先使用选择功能选择相应的节点和单元，然后用鼠标选择相应的结构组，将其拖放到模型窗口内，则选择的节点和单元将被分配到相应的结构组中。例 : 0# 节点数 =14 ；单元书纸 =12表示 0#组中有 14 个节点和 12 个单元，先选择 “ 17to23 49to55”节点和 “17to22 49to54”单元，然后拖放到模型窗口内即可。拖放图 7-2 结构组单元分配或者采用 MCT 命令直接输入，先分配好“0#”组和“悬臂 1”组的单元，然后导出MCT 文件，在文件中查找“悬臂1”即可找到相应的数据输入格式。*GROUP;Group; NAM

20、E, NODE_LIST, ELEM_LIST0#,17to23 49to55, 17to22 49to54悬臂 1, 16 24 48 56, 16 23 48 55前两行是“ MCT 命令”，这是必须输入的。“悬臂 1”是结构组名称，“ 16 24 48 56”为节点号，“ 16 23 48 55”为单元号。打开“ MCT 命令窗口”，按照上述格式修改相应组的节点号和单元号，输入完后点击，在信息窗口上将显示有无出错信息。具体操作见图7-27-5。18西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥从主菜单中选择文件 > 导出 > MIDAS/CIVIL MCT

21、文件 .。图 7-3 导出 MCT 文件图 7-4 查找数据从主菜单中选择工具 > MCT命令窗口 .图 7-5 MCT 窗口输入各结构组19西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥各结构组单元及节点如下：*GROUP;Group; NAME, NODE_LIST, ELEM_LIST0#,17to23 49to55, 17to22 49to54悬臂 1,16 24 48 56, 16 23 48 55悬臂 2, 15 25 47 57, 15 24 47 56悬臂 3, 14 26 46 58, 14 25 46 57悬臂 4, 13 27 45 59, 13

22、26 45 58悬臂 5,12to60by16, 12 27 44 59悬臂 6, 11 29 43 61, 11 28 43 60悬臂 7, 10 30 42 62, 10 29 42 61悬臂 8,9 31 41 63, 9 30 41 62悬臂 9, 8 32 40 64, 8 31 40 63悬臂 10, 7 33 39 65, 7 32 39 64悬臂 11, 6 34 38 66, 6 33 38 65悬臂 12, 5 35 37 67, 5 34 37 66边跨合拢 , 4 67中跨合拢, 36, 35 36边跨现浇, 1to4 68to71, 1to3 68to707.2 边界

23、组边界组见图 7-6 所示。“永久固定支座”为连续梁的固定支座，这里为20#节点；“ 主墩永久铰支座”、“边墩永久铰支座”为分别为另一主墩和边墩的活动支座；主、边墩临时支座。有效宽度系数按边界条件输入，也是按相应单元的施工阶段来定义（本次毕业设计可不考虑，后续不再输入）。从树形菜单 的菜单表单 中选择模型 > 边界条件>图 7-6 边界条件组定义20西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 7-7 永久固定支座（20#节点）图 7-8 永久铰支座（2、 52、 70#节点）图 7-7 主墩临时支座（19、53#节点）图 7-8 主墩临时支座（23、 51#

24、节点）21西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥图 7-7 边跨现浇支架（2、 70#节点）图 7-8 边跨现浇支架（1、 3、 4、 68、 69、71#节点）7.3 荷载组定义定 各施工施加的荷 。在树形菜单的菜单表单中选择模型 >组 >定义荷载组名称 (自重 )名称 (二期恒载 )名称 (挂篮 ) ;序列 (1to11 )名称 ( 挂篮 12- 中L ) ;名称 ( 挂篮 12- 中R ) ;名称 ( 边跨合拢挂篮 ) ;名称 ( 跨中合拢挂篮 ) ;名称 (预应力荷载 ) ;序列 ( 0to12 )名称 ( 边跨合拢预应力荷载) ;名称 ( 中跨合

25、拢预应力荷载) ;名称 ( 剩余钢束 ) ;注意：在成桥阶段施加的荷载则不需要定义为荷载组，例如温度荷载、离心力、制动力等。8 施工阶段定义及建立从 形菜 的菜 表 中 施工 段分析数据 >定 施工 段 荷载 /施工阶段分析数据 /定义施工阶段添加名称 ( 0# 块现浇 );持续时间 (5 )单元表单22西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥结构组列表>0#;激活 >材龄 (3 )边界表单边界组列表>主墩临时支座激活 > 支撑位置 > 变形后( 开)荷载表单荷载组列表>自重，主墩横隔板自重激活 > 激活时期 > 开

26、始图 8-1 施工阶段输入重复上述过程，按顺序建立施工阶段。注意后续施工过程中上一块的悬臂挂篮荷载必须钝化。具体每一梁段施工步骤分为三个施工阶段：挂篮前移就位（5 天，包括了梁段立模和邦扎钢筋的时间；砼浇筑 3 天（龄期按 3 天考虑）；预应力张拉 1 天。每一梁段施工周期按 9 天考虑。23西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥象定义施工阶段这样需要反复输入的作业， 也可以使用 MCT命令窗口功能很方便完成。下面介绍一下在 MCT命令窗口中输入施工阶段信息的方法。工具 >MCT命令窗口命令或数据(*STAGE)*STAGE;Define Constructio

27、n Stage; NAME=NAME, DURATION, bSAVESTAGE, bSAVESTEP;line 1; STEP=DAY1, DAY2, .; line 2; AELEM=GROUP1, AGE1, GROUP2, AGE2, .; line 3; DELEM=GROUP1, REDIST1, GROUP2, REDIST2, . ; line 4; ABNDR=BGROUP1, POS1, BGROUP2, POS2, . ; line 5; DBNDR=BGROUP1,BGROUP2,.;line 6; ALOAD=LGROUP1, DAY1, LGROUP2, DAY2,

28、 . ; line 7; DLOAD=LGROUP1, DAY1, LGROUP2, DAY2, . ; line 8 NAME=CS1-0# 块现浇 , 5, YES, NOAELEM=0#, 3ABNDR= 主墩临时支座 , DEFORMED ALOAD= 自重 , FIRST, 主墩横隔板自重 , FIRST NAME=CS2-0# 块预应力 , 3, YES, NO ALOAD= 预应力荷载 0, FIRST NAME=CS3-1# 挂篮 , 20, YES, NOALOAD= 挂蓝 1, FIRST NAME=CS4-1# 块砼 , 3, YES, NO AELEM= 悬臂 1, 3

29、 NAME=CS5-1# 块预应力 , 1, YES, NO ALOAD= 预应力荷载 1, FIRST NAME=CS5-2# 块挂蓝 , 5, YES, NO ALOAD= 挂蓝 2, FIRSTDLOAD= 挂蓝 1, FIRST NAME=CS6-2# 块砼 , 3, YES, NO AELEM= 悬臂 2, 3 NAME=CS6-2# 块预应力 , 1, YES, NO ALOAD= 预应力荷载 2, FIRST NAME=CS7-3# 块挂蓝 , 5, YES, NO ALOAD= 挂蓝 3, FIRSTDLOAD= 挂蓝 2, FIRST NAME=CS8-3# 块砼 , 3,

30、YES, NO AELEM= 悬臂 3, 0 NAME=CS9-3# 块预应力 , 1, YES, NO ALOAD= 预应力荷载 3, FIRST NAME=CS10-4# 块挂蓝 , 5, YES, NO ALOAD= 挂蓝 4, FIRSTDLOAD= 挂蓝 3, FIRST NAME=CS11-4# 块砼 , 3, YES, NO24西南交通大学桥梁工程毕业设计 MIDAS 建模 三跨铁路连续梁桥AELEM= 悬臂 4, 3NAME=CS12-4# 块预应力 , 1, YES, NOALOAD= 预应力荷载4, FIRSTNAME=CS13-5# 块挂蓝 , 5, YES, NOALO

31、AD= 挂蓝 5, FIRSTDLOAD= 挂蓝 4, FIRSTNAME=CS14-5# 块砼 , 3, YES, NOAELEM= 悬臂 5, 3NAME=CS15-5# 预应力 , 1, YES, NOALOAD= 预应力荷载5, FIRSTNAME=CS16-6# 挂篮 , 5, YES, NOALOAD= 挂蓝 6, FIRSTDLOAD= 挂蓝 5, FIRSTNAME=CS17-6# 块砼 , 3, YES, NOAELEM= 悬臂 6, 3NAME=CS18-6# 预应力 , 1, YES, NOALOAD= 预应力荷载6, FIRSTNAME=CS19-7# 挂篮 , 5, YES, NOALOAD= 挂蓝 7, FIRSTDLOAD= 挂蓝 6, FIRSTNAME=CS20-7# 块砼 , 3, YES, NOAELEM= 悬臂 7, 3NAME=CS21-7# 预应力 , 1, YES, NOALOAD= 预应力荷载7, FIRSTNAME=CS22-8# 挂篮 , 5, YES, NOALOAD= 挂蓝 8, FI