迈达斯软件应用之预应力混凝土梁的施工阶段

预应力混凝土梁梁的施工阶段段分析CONTENTSTOC\h\z\t"1차제목,1,2차제목,2"HYPERLINK\l"_Toc6647759"概要1HYPERLINK\l"_Toc6647760"桥梁概况及一般般截面2HYPERLINK\l"_Toc6647761"预应力混凝土梁梁的分析顺序序3HYPERLINK\l"_Toc6647762"使用的材料及其其容许应力44HYPERLINK\l"_Toc6647763"荷载5HYPERLINK\l"_Toc6647764"设置操作环境66HYPERLINK\l"_Toc6647765"定义材料和截面面7HYPERLINK\l"_Toc6647766"定义截面8HYPERLINK\l"_Toc6647767"定义材料的时间间依存性并连连接9HYPERLINK\l"_Toc6647768"建立结构模型112HYPERLINK\l"_Toc6647769"定义结构组、边边界条件组和和荷载组133HYPERLINK\l"_Toc6647770"输入边界条件116HYPERLINK\l"_Toc6647771"输入荷载17HYPERLINK\l"_Toc6647772"输入恒荷载188HYPERLINK\l"_Toc6647773"输入钢束特性值值19HYPERLINK\l"_Toc6647774"输入钢束形状220HYPERLINK\l"_Toc6647775"输入钢束预应力力荷载23HYPERLINK\l"_Toc6647776"定义施工阶段225HYPERLINK\l"_Toc6647777"输入移动荷载数数据30HYPERLINK\l"_Toc6647778"运行分析34HYPERLINK\l"_Toc6647779"查看分析结果335HYPERLINK\l"_Toc6647780"通过图形查看应应力35HYPERLINK\l"_Toc6647781"定义荷载组合339HYPERLINK\l"_Toc6647782"利用荷载组合查查看应力400HYPERLINK\l"_Toc6647783"查看钢束的分析析结果44HYPERLINK\l"_Toc6647784"查看荷载组合条条件下的内力力47概要本例题使用一个个简单的两跨跨连续梁模型型（图1）来重点介介绍MIDASS/Civiil的施工阶段段分析功能、钢钢束预应力荷荷载的输入方方法以及查看看分析结果的的方法等。主主要包括分析析预应力混凝凝土结构时定定义钢束特性性、钢束形状状、输入预应应力荷载、定定义施工阶段段等的方法，以以及在分析结结果中查看徐徐变和收缩、钢钢束预应力等等引起的结构构的应力和内内力变化特性性的步骤和方方法。图1.分析模模型桥梁概况及一般般截面分析模型为一个个两跨连续梁梁，其钢束的的布置如图2所示，分为为两个阶段来来施工。桥梁形式：两跨跨连续的预应应力混凝土梁梁桥梁长度：L=2@330=660.0mm区分钢束坐标x(m)0122430364860钢束1z(m)1.50.22.61.8钢束2z(m)2.02.80.21.51.5m1.5m0.2m0.20.2m3m2m图2.立面图图和剖面图预应力混凝土梁梁的分析步骤骤预应力混凝土梁梁的分析步骤骤如下。定义材料和截面面建立结构模型输入荷载恒荷载钢束特性和形状状钢束预应力荷载载定义施工阶段输入移动荷载数数据运行结构分析查看结果使用的材料及其其容许应力混凝土设计强度：初期抗压强度：：弹性模量：Ecc=3,0000Wc1..5√fck+70,0000=33.07×1105kgff/cm2容许应力：容许应力预应力作用后（瞬瞬间）预应力损失发生生后（最终）抗拉抗压预应力钢束((KSD77002SSWPC77B-Φ15.2mmm(0..6˝strannd)屈服强度：→抗拉强度：→截面面积：弹性模量：张拉力：fpi=00.7fpuu=133kkgf/mmm2锚固装置滑动：：磨擦系数：容许应力张拉时的最大应应力锚固瞬间()应力损失后使用用状态荷载恒荷载自重在程序中按自重重输入预应力钢束(φ15..2mm××31(φ0.6˝-31)))截面面积:Au=1.3877×311=422.997cm2孔道直径:133mmm张拉力:抗抗拉强度的770%fpj=00.7fppu=113,3000kgf//cm2Pi=Auu×fppj=4405.8tonf张拉后的瞬间损损失（程序自自动计算）摩擦损失:,锚固装置滑动引引起的损失:弹性收缩引起的的损失:损失量最终损失（程序序自动计算）钢束的松弛（RRelaxaation）徐变和收缩引起起的损失徐变和收缩条件水泥:普通通硅酸盐水泥泥长期荷载作用时时混凝土的材材龄:5天混凝土与大气接接触时的材龄龄:3天相对湿度:大气或养护温度度:适用规范:CEB-FFIP徐变系数:程序计算混凝土收缩变形形率:程序计算活荷载适用规范：城市市桥梁设计荷荷载规范荷载种类：C--ALC-AD(200)设置操作环境打开新文件(新新项目)，以‘PSCbbeam’为名保存(保存)。将单位体系设置置为‘tonf’和‘m’。该单位体体系可根据输输入数据的种种类任意转换换。文件/新项项目文件/保存存(PSCbeam)单位体系还可以通过点击画面下端状态条的单位选择键()来进行转换。工具/单单位体系还可以通过点击画面下端状态条的单位选择键()来进行转换。长度>m;力>tonff图3.设置单单位体系定义材料和截面面下面定义PSCCbeamm所使用的混混凝土和钢束束的材料特性性。模型/材料料和截面特性性/材料同时定义多种材料特性时，使用键可以连续输入。类型>混凝土;规规范>KS--civil同时定义多种材料特性时，使用键可以连续输入。数据库>C4000名称(Tenndon));类类型>用户定义;规规范>无分析数据弹性模量(2..1e7)图4.定义义材料对话框框定义截面PSCbeaam的截面使用用比较简单的的矩形截面来来定义。模型/材料和和截面特性/截面数据库/用户>>截面号(1);名称(Beam)截面类型>实腹腹长方形截面面>用户H(3));B(22)偏心>中-下部部图5.定义截截面的对话框框定义材料的时间间依存性并连连接为了考虑徐变、收收缩以及抗压压强度的变化化，下面定义义材料的时间间依存特性。材料的时间依存存特性参照以以下数据来输输入。28天强度::fckk=4000kgff/cm2相对湿度:RH==70%%理论厚度:1.2m(2Acc/u==2x6/110=11.2)混凝土种类::普通水泥(N.RR)拆模时间:3天模型/材料和和截面特性/时间依依存性材料(徐变&渐变e)名称(徐变/渐渐变);设计标准>CEB--FIP28天材龄抗压压强度(4000))相对湿度(440~999)((70)截面形状比较复杂时，可使用模型>材料和街面特性值>修改单元材料时间依存特性截面形状比较复杂时，可使用模型>材料和街面特性值>修改单元材料时间依存特性的功能来输入h值。混凝土种类>>普通水泥(N,R)开始收缩时的混混凝土材龄((3)图6.定义材材料的徐变和和收缩特性混凝土浇筑后随随时间变化而而逐渐硬化，时时间越长其强强度越大。本本例题根据CEB-FFIP所规定的混混凝土强度发发展函数考虑虑了混凝土的的这一特性。模型/材料料和截面特性性/时间依存性性材料(抗压强度)名称(抗压强度度);类型>设计规范强度发展>规范范>CEB--FIP混凝土28天抗抗压强度((S28)(4000))混凝土类型(aa)(N,R:0.225)图7.定义随随时间变化的的混凝土强度度发展函数参照图8将一般般材料特性和和时间依存材材料特性相连连接。即，将将时间依存材材料特性赋予予相应的材料料。模型/材料料和截面特性性/时间依依存材料连接接时间依存材料类类型>徐变/收缩>徐变/收缩强度进展>抗压压强度选择指定的材料料>材料>1:C400选择的材料料图8.连接时时间依存材料料特性建立结构模型利用建立节点和和扩展单元的功功能来建立单单元。点格(关);捕捉捉点(关);捕捉捉轴线(关)正面;自自动对齐模型>节点>建建立节点坐标(0,0,,0)模型>单元>扩扩展单元全选扩展类型>节点点线单元单元类型>梁;材料>1:C4400;;截面>1:Beam生成形式>复制制和移动复制和移动>等等间距>dx,ddy,dz>>(2,00,0)复制次数>(330)图9.建立几几何模型定义结构组、边边界条件组和和荷载组为了进行施工阶阶段分析，将将在各施工阶阶段(consstructtionsstage))所要激活和和钝化的单元元和边界条件件定义为组，并并利用组来定定义施工阶段段。CC组>结构租>>新建…定义结构组>名名称(S-G);后缀(1to22)为了利用桥梁内力图功能查看分析结果而将其定义为组。定义结构组>名名称(All为了利用桥梁内力图功能查看分析结果而将其定义为组。单元号(on))窗口选择(单元元:1to188)组>结构组>SS_G1(拖拖&放)窗口选择(单元元:199to330)组>结构组>SS_G2(拖拖&放)全选组>结构组>AAll(拖&放)Drag&DropDrag&DropS-G2S-G1S-G2S-G1图10.定义义结构组(StrucctureGroupp)新建边界组边界组名称的建建立方法如下下。CC组>边界组>新新建…定义边界组>名名称(B-GG);;后缀(1to22)图11.建立立边界组(BounddaryGGroup))新建荷载组恒荷载组和预应应力荷载组名名称的新建方方法如下。CC组>荷载组>新新建…定义荷载组>名名称(Selffweighht)定义荷载组>NName((Tenddon);后缀缀(1to22)图12.建立立荷载组(LoadGroupp)输入边界条件边界条件的输入入方法如下。单元号(关);节点点号(开)模型/边界条条件/一般支撑单选(节点::1)边界组名称>BB-G1选择>添加支撑条件类型>>Dy,Dz,RRx(开)单选(节点::16)边界组名称>BB-G1选择>添加支撑条件类型>>Dx,DDy,Dzz,Rx(开)单选(节点:31))边界组名称>BB-G2选择>添加支撑条件类型>>Dy,Dz,RRx(开)图13.定义义边界条件输入荷载本例题针对恒荷荷载和预应力力荷载进行施施工阶段分析析。移动荷载载分析则需另另行输入移动动荷载数据。荷载/静力荷荷载工况名称(恒荷载))类型(施工阶段段荷载)名称(预应力1)类型(施工阶段段荷载)名称(预应力2)类型(施工阶段段荷载)图14.输输入静力荷载载工况的对话话框输入恒荷载使用自重功能能输入恒荷载载。荷载/自重重荷载工况名称>>恒荷载荷载组名称>>自重自重系数>Z(-11)图15.输入入恒荷载输入钢束特性值值荷载/预应力力荷载/预应力钢束束的特性值预应力钢束的名名称(钢束);预应力钢束束的类型>内部材料>2:钢钢束预应力钢束总面面积(0.00442997))或者钢铰线公称直径径>15.22mm(0..6＂)当钢束施加张拉力，维持其一定的应变时，作用到钢束上的张拉应力随时间的推移逐渐减小，这个现象称之为松弛(Relaxation)。MIDAS/Civil采用Magura公式来考虑钢束的松弛。松弛系数为该式中与钢材有关的常数，一般钢材取值为10，低松弛钢材取值45。详见用户手册AnalysisforCivilStructures的“预应力损失”当钢束施加张拉力，维持其一定的应变时，作用到钢束上的张拉应力随时间的推移逐渐减小，这个现象称之为松弛(Relaxation)。MIDAS/Civil采用Magura公式来考虑钢束的松弛。松弛系数为该式中与钢材有关的常数，一般钢材取值为10，低松弛钢材取值45。详见用户手册AnalysisforCivilStructures的“预应力损失”。钢束孔道直径((0.1333);松弛系数(45)预应力钢筋与孔孔道摩擦系数数(0.3);;孔道每米局局部偏差摩擦擦系数(0.00666)极限强度(1990000));屈服强度(1600000)张拉方法>后张张法锚具变性和钢筋筋内缩值>开始点(0.0066);结束点(0.0066)图16.输入入钢束特性值值输入钢束形状首先输入第一跨跨的钢束形状状。隐藏(开);单元元号(开);节点点号(关)模型/荷载载/预应力荷载/预应力钢束束形状钢束名称(钢钢束1);钢束特性值>钢束窗口选择(单单元:1to188)钢束直线段>开开始点(0);结束点(0)钩选固定(fix钩选固定(fix)的话该点的斜率为所输入的值，若不选则生成拥有适当斜率的曲线。1>x(00),yy(0),zz(1..5),fixx(关)2>x(112),yy(0),zz(0..2),fixx(开),Ryy(0),RRz(00)3>x(330),y(00),zz(2..6),fixx(开),RRy(00),RRz(00)4>x(336),y(00),zz(1..8),fixx(关)钢束形状>直线线钢束布置插入点点(0,00,0)假想x轴方向>>X图17.定义义钢束形状下面输入第二跨跨的钢束布置置形状。模型/荷载//预应力荷载/预应力钢束束形状钢束名称(钢钢束2);钢束特性值>钢束窗口选择(单单元:133to330)钢束直线段>开开始点(0);结束点(0)布置形状1>x(224),y(00),zz(2),fiix(关)2>x(330),y(00),zz(2..8),fixx(开),Ryy(0),RRz(00)3>x(448),y(00),zz(0..2),fixx(开),RRy(00),RRz(00)4>x(660),y(00),zz(1..5),fixx(关)钢束形状>直线线钢束布置插入点点(0,00,0)假想x轴方向>>X图18.定义义第二跨的钢钢束布置形状状下面按如下方法法确认所输入入的钢束的形形状。单元号(关)显示>综合>钢钢束形状(开)>名称(开);点(开)图19.确认认输入的钢束束形状输入钢束预应力力荷载定义完钢束的形形状后，在各各施工阶段施施加相应的预预应力荷载。荷载/预应力力荷载/钢束预应力力荷载荷载工况名称>>预应力1;;荷载组名称>钢束1选择两端张拉时的先张拉端。钢束>钢束11已选钢束选择两端张拉时的先张拉端。张拉力>应力;先张拉>开始点开始点(1333000));结束点(1330000)定义对钢束孔道注浆的施工阶段。注浆前的应力按实际截面计算，注浆后按组合成的截面来计算。在注浆中输入了1意味着在张拉钢束之后的施工阶段注浆。注浆:每定义对钢束孔道注浆的施工阶段。注浆前的应力按实际截面计算，注浆后按组合成的截面来计算。在注浆中输入了1意味着在张拉钢束之后的施工阶段注浆。图20.输入入预应力荷载载输入钢束2的预预应力荷载。荷载/预应力力荷载/钢束预应力力荷载荷载工况名称>>预应力2;;荷载组名称>钢束2钢束>钢束22已选择钢束束张拉力>应力;先张拉>开始点开始点(1333000));结束点(1330000)注浆:每((1)图21.输入入预应力荷载载定义施工阶段本例题的施工阶阶段如表1所示。表1.各施工阶阶段的结构组组、边界组和和荷载组施工阶段持续时间(天))结构组边界组荷载组激活钝化激活钝化激活钝化CS120S-G1B-G1恒荷载Tendon1CS220S-G2B-G2Tendon2CS310000荷载/施工阶阶段分析数据据/定义施施工阶段图22.施工工阶段输入窗窗口施工阶段分析模模型的阶段是是由基本、施施工阶段、最最后阶段组成成的。基本阶段是对单单元进行添加加或删除、定定义材料、截截面、荷载和和边界条件的的阶段，可以以说与实际施施工阶段分析析无关，且上上述工作只能能在基本阶段段进行。施工阶段是进行行实际施工阶阶段分析的阶阶段，在这里里可以更改荷荷载状况和边边界条件。最后阶段是对除除施工阶段荷荷载以外的其其他荷载进行行分析的阶段段，在该阶段段可以将一般般荷载的分析析结果和施工工阶段分析的的结果进行组组合。最后阶阶段可以被定定义为施工阶阶段中的任一一阶段。下面定义施工阶阶段1(CS11)。荷载/施工工阶段分析数数据/定义施施工阶段名称(CS1);持续时间(20))保存结果>施工工阶段(onn);施工步骤(on)添加子步骤>自自动生成>步骤数(5)单元组列表>S-GG1激活>材龄(5);边界组列表>B-GG1激活>支撑条件件/弹性支撑位位置>变形后;荷载组列表>自重,,钢束1激活>激活时间间>开始;图23.定义义施工阶段1(CS11)定义施工阶段22(CS2))。荷载/施工工阶段分析数数据/定义施施工阶段名称(CS2);持续时间(20))保存结果>施工工阶段(开);施工步骤(on)添加子步骤>自自动生成>步骤数(5)单元组列表>S-GG2激活>材龄(5);边界组列表>B-GG2激活>支撑条件件/弹性支撑位位置>变形后;荷载组列表>钢束2激活>激活时间间>开始;图24.定义义施工阶段2(CS22)下面定义施工阶阶段3(CS33)。在施工阶阶段3中结构体系系、边界条件件、荷载没有有变化，只是是进行持续时时间为10,0000天的时间依依存性分析。荷载/施工工阶段分析数数据/定义施施工阶段名称(CS3);持续时间(100000)保存结果>施工工阶段(onn);施工步骤(开)添加子步骤>自自动生成>步骤数(15)图25.定义义施工阶段33(CS3))完成建模和定义义施工阶段后后，在施工阶阶段分析选项项中选择是否否考虑材料的的时间依存特特性和弹性收收缩引起的钢钢束应力损失失，并指定分分析徐变时的的收敛条件和和迭代次数。最后阶段可指定为任一阶段，通过选择其它阶段来指定。分析/施工工阶段分析控控制最后阶段可指定为任一阶段，通过选择其它阶段来指定。最终施工阶段>>最后施工阶阶段分析选项>考虑虑时间依存效效果(开)时间依存效果徐变渐变((开);类型>徐变和收缩缩徐变分析时得收收敛控制迭代次数(55);;收敛误差(0.011)选择“自动分割时间”的话，程序会对持续一定时间以上的施工阶段，在内部自动生成时间步骤来考虑长期荷载的效果。自动分割时间(选择“自动分割时间”的话，程序会对持续一定时间以上的施工阶段，在内部自动生成时间步骤来考虑长期荷载的效果。钢束预应力损失失(徐变和渐变)(开)抗压强度的变化化(开)钢束预应力损失失(弹性收缩)(开)图26.指定定施工阶段分分析选项输入移动荷载数数据在施工阶段分析析中，对于没没有将类型定定义为施工阶阶段荷载的一一般静力荷载载或移动荷载载的分析结果果，可在最后后阶段进行查查看。本例题题将在最后阶阶段查看对于于移动荷载的的分析结果。荷载/移动动荷载分析数数据/车道车道名称(LLane1)该项为移动荷载加载方向的选项。车道荷载的分布布>该项为移动荷载加载方向的选项。车辆移动方向>>往返偏心距离(00)输入数据时也可输入数式。桥梁跨度(115/(400+30))输入数据时也可输入数式。选择>两点((1,311)图27.定义义车道输入车辆荷载输入数据库中内内含的标准车车辆荷载C-AL和C-AD((20))。荷载/移动动荷载分析数数据/车辆标准车辆荷载数据库中未包含的荷载可通过用户定义来输入。车辆>添加标标准车辆标准车辆荷载数据库中未包含的荷载可通过用户定义来输入。标准车辆荷载>规范名称>中国城市市桥梁荷载(CJJ777-98)车辆荷载名称>C-AL;C-AD(20)图28.输入入车辆荷载本例题中不考虑虑C-AL和C-AD((20)荷载同时在在多条车道加加载的情况，故故在这里不定定义车辆组。下面输入移动荷荷载工况。荷载/移动荷荷载数据分析析/移动荷载工工况荷载工况(MMovinggLoadd)子荷载工况>车辆组>VL::C-AL可以加载的最少少车道数(0)可以加载的最大大车道数(1)车道列表>Laane1选择择的车道列表表>Lanee1子荷载工况>车辆组>VL::C-ADD(20)可以加载的最少少车道数(0)可以加载的最大大车道数(1)车道列表>Laane1选择择的车道列表表>Lanee1图29.移动动荷载工况的的输入窗口图30.定义义移动荷载工工况运行结构分析建模、定义施工工阶段全部输输入结束后，运运行结构分析析。分析/运行分分析查看分析结果对于MIDASS/Civiil参照联机帮助的“阶段/步骤时程图形”。参照联机帮助的“桥梁内力图”。施工阶段段分析的结果果，可查看到到某一施工阶阶段为止所累累积的全部构构件的应力和和位移，也可参照联机帮助的“阶段/步骤时程图形”。参照联机帮助的“桥梁内力图”。利用图形查看应应力和构件内内力利用桥梁内力图图查看施工阶阶段1(CS1)中截面下缘缘的应力。阶段>CS1结果/桥梁梁主梁内力图图合计是对于自重、恒荷载、徐变和收缩、钢束等分析结果的和。荷载工况/荷载载组合>CS:合计(开);步骤列表>LasttStepp合计是对于自重、恒荷载、徐变和收缩、钢束等分析结果的和。图形类型>应力力;x轴刻度>距离桥梁单元组>AAll组合组合(开);3((+y,--z)容许应力线>画画容许应力线线(开)抗拉(3200)图31.施工工阶段1(CS11)中下缘应力力曲线利用桥梁内力图图查看在各施施工阶段所发发生的最大、最最小应力。阶段>最小/最最大结果/桥梁梁主梁内力图图荷载工况/荷载载组合>CS最大:合计(开)CS最小:合合计(开)图形类型>应力力;X轴刻度>距离桥梁单元组>AAll组合组合(开);3((+y,++z)容许应力线>画画容许应力线线(关)阶段>最小/最最大结果/桥梁梁主梁内力图图荷载工况/荷载载组合>CS最大:合计(开)CS最小:合合计(开)图形类型>应应力;X轴刻度>距离桥梁单元组>AAll组合组合(开);3((+y,--z)容许应力线>画画容许应力线线(关)想详细查看应力力曲线的某一一特定区域的的结果时，只只要用鼠标框框选该区域就就可将其放大大。点击鼠标标右键选择恢恢复到初始画画面即可回到原原来状态。DragDrag图32.在整整个施工阶段段发生的最大大、最小应力力图下面查看由徐变变和收缩引起起的弯矩。由由徐变和收缩缩引起的弯矩矩按一次应力力和二次应力力分别输出。由于徐变系数和和收缩促使结结构发生变形形的力叫一次次应力。而当当结构处于超超静定状态时时，结构会产产生约束上述述变形的约束束力，这种力力叫二次应力力。阶段>CS3结果/桥梁梁主梁内力图图荷载工况/荷载载组合>CSS:C&SSPrimmary((开)CS:C&SSSecoondaryy(开)步骤列表>LaastSttep图形类型>弯弯矩;X轴刻度度>距离桥梁单元组>AAll应力>-Sbzz选项>当前施工工阶段-步骤图33.由徐徐变和收缩引引起的弯矩定义荷载组合对于未定义成为为施工阶段荷荷载的其他荷荷载，将在最最后施工阶段段进行结构分分析，并对其其结果进行组组合。在这里里将与移动荷荷载的分析结结果进行组合合，查看其容容许应力(Com11)，而且会定定义施工阶段段荷载的分项项系数来查看看其极限强度度(Com2))。荷载组合合的定义步骤骤如下。荷载组合的定义和删除只能在基本阶段和最后阶段进行，故需将阶段转换为最后阶段。阶段>PosttCS荷载组合的定义和删除只能在基本阶段和最后阶段进行，故需将阶段转换为最后阶段。结果/荷载载组合激活(开);名称(Comm1);类型>添加荷载工况>合计计(CS);系数(1.0)荷载工况>移动动荷载(MV);系数(1.0)激活(开);名称(Comm2);类型>添加荷载工况>自重重(CS);系数(1.3)荷载工况>钢束束二次应力(CS);系数(1.0)荷载工况>徐变变收缩二次应应力(CS);系数(1.3)荷载工况>移动动荷载(MV);系数(2.155)图34.定义义荷载组合利用荷载组合查查看应力在最后施工阶段段查看施工阶阶段分析结果果和移动荷载载分析结果叠叠加起来的应应力图形。阶段>PosttCS结果/桥梁梁主梁内力图图荷载工况/荷载载组合>CS最大:Comm1(开);CS最小:Comm1(开)图形类型>应应力;X-轴刻度>距离桥梁单元组>AAll组合组合(开);33(+y,+z)容许应力线>画画容许应力线线(关)组合组合(开);33(+y,-z)容许应力线>画画容许应力线线(关)图35.施工工阶段荷载和和移动荷载叠叠加的应力图图利用阶段/步骤骤时程图形来查看受正正、负弯矩的的部位在各施施工阶段的应应力变化。阶段/步骤时程图形在模型窗口并处于