普通钢筋混凝土桥梁结构施工阶段模拟及RC设计例题

1、装配式钢筋混凝土简支T梁施工阶段分析及RC设计例题北京迈达斯技术有限公司2007年3月19日一、结构描述2二、建立模型3三、定义荷载6四、定义施工阶段11五、执行分析及后处理12六、RC设计14装配式钢筋混凝土简支T梁施工阶段分析及RC设计例题本模型模拟的是普通钢筋混凝土简支梁桥的预制拼装过程，并对上部梁结构和下部墩柱按照JTG D62规范进行各项验算。例题参考钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理（张树仁等著，人民交通出版社）。一、结构描述1、设计资料（1）桥面净宽 （2）设计荷载 公路-级汽车荷载人群荷载 结构重要性系数 （3）材料规格钢筋：主筋采用HRB400钢筋相对界限受压区高度箍筋

2、采用HRB335钢筋混凝土：主梁采用C30混凝土（4）截面形式图1 T梁横断面尺寸（单位：mm）2、结构描述装配式简支梁桥，桥墩为双柱墩，采用矩形断面，混凝土采用C30。首先施工桥墩，然后对称吊装RC预制T梁，首先吊装中间的两片纵梁，并通过横梁体系将相邻两片纵梁连为整体。在最后一个阶段，加载铺装荷载。二、建立模型1、首先定义模型中涉及的材料和截面类型，如下表所示 表1构件材料截面截面对齐方式尺寸（mm）T梁JTG04（RC）-C30设计截面T形截面 顶对齐1780x1000x100x240盖梁JTG04（RC）-C30设计截面中腹板截面顶对齐400x500，400x300桥墩JTG04（RC）

3、-C30数据库矩形截面中心对齐800x400虚拟横梁JTG04（RC）-C30数据库矩形截面顶对齐1000x120，500x1202、然后建立有限元结构模型结构建模根据个人习惯有多种方式，这里采用由上至下的建模方法。1) 首先建立一片T梁，然后通过复制功能生成8片纵梁；图2 建立纵梁单元2) 然后建立模拟纵梁间横向联系作用的虚拟横梁；除端部两根横梁采用500x120mm的矩形断面外，其他的横梁均属于标准横梁。图3 建立横梁单元3) 通过将纵梁端部节点向下复制T梁高1m建立梁底节点，同时也是支座支承点位置，再将支承点向下复制支座高度0.1m建立盖梁顶部节点；图4 通过向下复制横梁节点建立支座支承

4、节点和盖梁顶点（注：图示上面第一层节点为横梁节点，第二层是支座支承顶点，第三层是盖梁顶点，为模拟盖梁端部变截面段，在盖梁端部向外侧1m的位置建立了两个节点作为盖梁悬挑段的端点）4) 盖梁总长度为14.06m，为矩形断面，端部为2.58m变截面矩形梁段，中间为8.9m等截面，盖梁端部最小截面高度为0.3m，中部截面高度为0.5m；首先定义两个变截面（盖梁截面由大到小的变截面和盖梁由小到大的变截面），分别赋予盖梁的两个悬挑段，此时得到的盖梁形式如下图所示图5 赋予变截面后盖梁消隐模型显然悬挑段的变截面是不对的，因为变截面适用的单元有多个，因此需要定义变截面组，如下图所示定义盖梁断面由大到小，以及由

5、小到大的变截面组图6 定义盖梁断面由大到小的变截面组图7定义盖梁断面由小到大的变截面组5) 将3号纵梁和6号纵梁对应的盖梁上节点向下复制盖梁高度0.5m，然后对复制生成的4个节点通过扩展单元功能生成3m高桥墩3、定义结构组并分配结构组单元根据施工过程的特点将整个结构分为以下几个结构组：桥墩、盖梁、纵梁18、支座节点、横梁17。分别对应于分阶段施工的桥墩部分单元、盖梁部分单元、分阶段吊装的18号纵梁单元、纵梁间的横向虚拟梁单元18。其中纵梁按照沿y正向分别为纵梁18结构组。横梁按照沿y正向分别为横梁17结构组。自下至上依次是纵梁18自下至上依次是横梁17图8 定义纵梁结构组4、定义边界条件同时指

6、定边界组根据施工过程的特点将边界组定义如下：墩底固结、盖梁固结、支座18，分别对应桥墩底部固结、盖梁与墩顶的连接、纵梁与盖梁和支座点的连接关系。然后定义各个边界条件对于墩底约束，通过边界一般支承，指定边界组信息为墩底固结，选择约束D-ALL和R-ALL约束墩底节点；对于墩顶与盖梁的连接关系，通过边界弹性连接刚性，指定边界组信息为盖梁固结，按顺序点取墩顶节点及对应的盖梁节点，共定义4个刚性弹性连接；对于盖梁顶与支座支承点的连接关系，根据支座支承点的所对应的纵梁编号n，通过边界弹性连接刚性，指定边界组信息为支座n，按顺序点取盖梁顶节点及对应的支座支承节点，共定义16个刚性弹性连接；对于支座支承点与

7、主梁的连接关系，根据支座支承点所对应的主梁编号n，通过边界弹性连接一般，指定边界组信息为支座n，按照表2 的支座刚度信息，按顺序点取支座支承节点及对应的主梁节点，共定义16个一般弹性连接；支座类型/刚度适用于支座组滑动100000右侧支座14，支座68 滑动110000右侧支座5固定101000左侧支座14，支座68固定111000左侧支座5图9 弹性连接模拟支座刚度注：100000表示SDx、SDy、SDz、SRx、SRy、SRz方向是否有刚度，1表有刚度，0表示无刚度。刚度均以10000KN/m。三、定义荷载每种荷载工况定义时都需要对应一定的荷载工况，在进行施工阶段分析时，对于在施工阶段作

8、用的荷载还要指定其对应的荷载组，因此通常在定义荷载前首先定义荷载工况名称和荷载组名称，当然荷载条件相对简单的模型来说，在定义荷载工况的同时也可以时时定义荷载工况名称和定义荷载组名称。本模型中涉及三种荷载：结构自重，铺装荷载，公路-级车道荷载。（*其中移动荷载通过程序的移动荷载功能自动生成荷载工况）荷载工况名称荷载类型荷载组说明自重施工阶段荷载自重模拟结构自重铺装施工阶段荷载铺装荷载工况名称定义如下图所示图10 荷载工况名称定义荷载组定义如下图所示图11 荷载组名称定义下面分别定义自重、铺装和移动荷载。自重荷载定义如下图所示注意图示位置的选择即可。图12 自重荷载工况定义自重荷载工况的模拟铺装荷

9、载定义如下图所示注意图示位置的信息输入。同时铺装荷载采用梁单元均布荷载模拟，铺装荷载作用的单元选择8片纵梁单元。图13 铺装荷载工况定义使用梁单元荷载定义铺装移动荷载定义时，分为五个步骤选择移动荷载规范、定义车道、定义车辆、定义移动荷载规范、指定移动荷载分析控制数据。相关命令为“荷载移动荷载分析数据.”。因为本模型中各纵梁通过虚拟横梁连接，因此在定义车道时选择横梁布载方法，将所有横梁定义为一个结构组。通过拖放将选择单元赋予横梁组图14 横梁组定义窗口标示内容为梁单元移动荷载分析必选项图15 移动荷载分析数据菜单对于横向联系梁比较多的结构定义车道时，车辆荷载的分布建议选择“横向联系梁法”。图16

10、 车道定义图17 移动荷载工况定义图18 移动荷载分析控制数据四、定义施工阶段施工采用先浇注桥墩和盖梁，然后分片对称吊装T梁的方法，最后通过桥面铺装将所有纵梁连接成整体。具体施工阶段信息如下表所示： 表2 阶段名称施工构件结构组边界组荷载组1-桥墩施工现浇混凝土桥墩桥墩墩底固结自重2-盖梁施工浇注混凝土盖梁盖梁盖梁固结3-纵梁4、5架设4、5号纵梁纵梁4，纵梁5，横梁4支座4、54-纵梁3、6架设3、6号纵梁纵梁3，纵梁6，横梁3，横梁5支座3、65-纵梁2、7架设2、7号纵梁纵梁2，纵梁7，横梁2，横梁6支座2、76-纵梁1、8架设1、8号纵梁纵梁1，纵梁8，横梁1，横梁7支座1、87-铺装

11、铺装Tip：根据施工的特点，定义结构组、边界组、荷载组，对施工阶段的定义起到事半功倍的作用。施工阶段分析模型的检查方法：可以采用在模型窗口中显示所有的荷载和边界条件的方式，逐一查看每个阶段的结构、边界、荷载情况。通常对于施工阶段模型，最容易遗漏的就是边界条件的分配。显示荷载和边界，可以在“视图显示.”来选择，如下图所示。 图19 在显示选项里选择显示所有荷载和边界条件五、执行分析及后处理在执行分析前，要定义各项分析控制选项，本模型涉及移动荷载分析、施工阶段分析，因此需要分别定义移动荷载分析控制选项和施工阶段分析控制选项，前者我们在移动荷载工况定义中已经定义，只需定义后者即可。在“分析施工阶段分

12、析控制选项”中指定施工阶段分析的参数。因为本模型不涉及混凝土收缩徐变、混凝土强度发展，因此不考虑时间依存效果。仅进行一般的施工阶段分析就可以了。图20 施工阶段分析控制选项定义好各项分析控制选项后，就可以执行运行分析了。分析完成后，通过结果菜单可以查看各种分析结果。分析结果可以通过图形、结果表格、文本形式输出。这里主要介绍施工阶段分析结果和移动荷载分析结果的查看。施工阶段分析结果查看时，需要将阶段显示在要查看的施工阶段，然后选择结果中欲查看的分析结果就可以了。如下图所示六、RC设计无论是PSC设计还是RC设计都是在后处理进行的。RC设计的基本步骤如下列图所示：1) 建立施工阶段分析模型梁截面必须选择“设计截面”，柱截面必须选择“数据库/用户”，梁截面必须定义截面钢筋； 图21 梁截面和柱截面定义 图22 梁截面配筋和柱截面配筋2) 定义验算用荷载组合可以采用程序自动生成，也可以用户自定义；图23 生成验算用荷载组合3) 定义RC设计参数对于柱构件计算长度需在“设计一般设计参数自由长度”和“设计一般设计参数计算长度系数”中定义；图24 定义验算用材料力学性能 图25 定义柱构件计算长度4) 指定验算用截面位置和计算书中输出截面位置；选择控制结构验算的纵梁单元和桥墩单元作为设计截面位置，并指定在计算书中输出哪些验算单元的详细验算过程。本模型因为结构对称，荷载对称，因此仅对