1、预应力混凝土梁的预应力混凝土梁的施工阶段分析施工阶段分析 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。桥桥梁梁概况概况及一般截面及一般截面 使用的材料及其容使用的材料及其容许应许应力力 荷荷载载 预应预应力混凝土梁的分析力混凝土梁的分析顺顺序序图1.分析模型l 桥桥梁梁概况概况及一般截面及一般截面 分析模型为一个
2、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 l 使用的材料及其容使用的材料及其容许应许应力力 l荷荷载载 l 预应预应力混凝土梁的分析步力混凝土梁的分析步骤骤 1.设置操作环境 2.定义材料和截面3.建立结构模型4.输入荷载 恒荷载 钢束特性和形状 钢束预应力荷载5.定义施工阶段6.输入移动荷载数据7.运行结构分析8.查看结果步骤 1.设置操作环境 操作步骤操作步骤文件文件/新项目新项目文件文件/保存保存(预应力混凝预应力混凝土梁的施工阶段分析土梁的施工阶段分析)工具工具/单位体系单位体系
3、 长度长度 m ;力力tonf 1243步骤 2.1 定义材料操作步骤操作步骤模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/材料材料添加添加类型类型混凝土混凝土 ;规范规范GB-civil(RC)数据库数据库40 （与上部相同）（与上部相同）名称名称(钢束钢束);类型类型用用户定义户定义 ;规范规范无无分析数据分析数据弹性模量弹性模量(2.1e7)1234步骤 2.2 定义截面操作步骤操作步骤模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/截面截面添加添加数据库数据库/用户用户 截面号截面号(1);名称名称(Beam)截面类型截面类型实腹长方形截面实腹长方形截面用户用户H(3);B(2)偏心偏心中中-下部下
4、部 213456步骤 2.3 定义材料的时间依存性并连接 操作步骤操作步骤模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/时间依存性材料时间依存性材料(徐变徐变&收收缩缩)名称名称(徐变徐变/收缩收缩);设计设计标准标准CEB-FIP28天材龄抗压强度天材龄抗压强度 (4000)相对湿度相对湿度(40 99)(70)构件的理论厚度构件的理论厚度 (1.2)混凝土种类混凝土种类 普通水泥普通水泥(N,R)开始收缩时的混凝土材龄开始收缩时的混凝土材龄 (3)1243567步骤 2.3 定义材料的时间依存性并连接 操作步骤操作步骤模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/时间依存性材料时间依存性材料(抗压强度
5、抗压强度)名称名称(抗压强度抗压强度);类型类型设计规范设计规范 强度发展强度发展规规范范CEB-FIP混凝土混凝土28天抗压强度天抗压强度(S28)(4000)混凝土类型混凝土类型(a)(N,R:0.25)1243步骤 2.3 定义材料的时间依存性并连接 操作步骤操作步骤模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/时间依存材料连接时间依存材料连接时间依存材料类型时间依存材料类型徐变徐变/收缩收缩徐变徐变/收缩收缩强度进展强度进展抗压强度抗压强度选择指定的材料选择指定的材料材料材料 1:40 选择的材料选择的材料 13452步骤 3.建立结构模型 操作步骤操作步骤模型模型节点节点 建立节点建立节点
6、坐标坐标(0,0,0)模型模型单元单元 扩展单元扩展单元 全选全选扩展类型扩展类型节点节点 线单元线单元单元类型单元类型梁单元梁单元;材料材料1:40 ;截面截面 1:Beam生成形式生成形式复制和移动复制和移动 复制和移动复制和移动等间距等间距dx,dy,dz(2,0,0)复制次数复制次数(30)132456789步骤 3.1 定义结构组 操作步骤操作步骤模型模型组组定义结构租定义结构租 定义结构组定义结构组名称名称(S-G);后缀后缀(1to2)定义结构组定义结构组名称名称(All)单元号显示单元号显示(on)窗口选择窗口选择(单元单元:1 to 18)组组结构组结构组S_G1(拖拖&放放
7、)同上操作同上操作 窗口选择窗口选择(单元单元:19 to 30)组组结构组结构组S_G2(拖拖&放放)全选全选组组结构组结构组All(拖拖&放放)为 了 进 行 施 工 阶 段 分 析，将 在 各 施 工 阶 段为 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。条件定义为组，并利用组来定义施工阶段。Drag&Drop1342569步骤 3.2 新建边界组 操作步骤操作步骤模型模型组组定义边界组定义边界组定义边界组定义边界组名称名称(B-G);后缀后
8、缀(1to2)为 了 进 行 施 工 阶 段 分 析，将 在 各 施 工 阶 段为 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。条件定义为组，并利用组来定义施工阶段。12步骤 3.3 新建荷载组 操作步骤操作步骤模形模形组组定义荷载组定义荷载组定义荷载组定义荷载组名称名称(Selfweight)同上操作同上操作定义荷载组定义荷载组名称名称(Tendon);后缀后缀(1to2)为 了 进 行 施 工 阶 段 分 析，将 在 各 施 工 阶 段为 了
9、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。条件定义为组，并利用组来定义施工阶段。12步骤 3.4 输入边界条件 操作步骤操作步骤单元号单元号(关关);节点号节点号(开开)模型模型/边界条件边界条件/一般支一般支撑撑单选单选(节点节点:1)边界组名称边界组名称B-G1选择选择添加添加支撑条件类型支撑条件类型 Dy,Dz,Rx(开开)同上操作同上操作单选单选(节点节点:16)边界组名称边界组名称B-G1选择选择添加添加支撑条件类型支撑条件类型Dx,Dy,
10、Dz,Rx(开开)单选单选(节点节点:31)边界组名称边界组名称B-G2选择选择添加添加支撑条件类型支撑条件类型 Dy,Dz,Rx(开开)12564步骤 4.输入荷载 操作步骤操作步骤荷载荷载/静力荷载工况静力荷载工况名称名称 (恒荷载恒荷载)类型类型(施工阶段荷载施工阶段荷载)名称名称(预应力预应力 1)类型类型 (施工阶段荷载施工阶段荷载)名称名称(预应力预应力 2)类型类型 (施工阶段荷载施工阶段荷载)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。载分析则需另行输入移动荷载数据。123步骤 4.1
11、输入恒荷载 操作步骤操作步骤荷载荷载/自重自重荷载工况名称荷载工况名称 恒荷载恒荷载荷载组名称荷载组名称 自重自重自重系数自重系数 Z(-1)使用 自重自重 功能输入恒荷载。1234步骤 4.2 输入钢束特性值操作步骤操作步骤荷载荷载/预应力荷载预应力荷载/预应预应力钢束的特性值力钢束的特性值预应力钢束的名称预应力钢束的名称(钢束钢束);预应力钢束的类型预应力钢束的类型内部内部材料材料2:钢束钢束 预应力钢束总面积预应力钢束总面积(0.0042997)钢铰线公称直径钢铰线公称直径15.2mm(0.6)钢铰线股数钢铰线股数(31)钢束孔道直径钢束孔道直径(0.133);松弛系数松弛系数(45)预
12、应力钢筋与孔道摩擦系数预应力钢筋与孔道摩擦系数(0.3);孔道每米局部偏孔道每米局部偏差摩擦系数差摩擦系数(0.0066)极限强度极限强度(190000);屈服强度屈服强度(160000)张拉方法张拉方法后张法后张法 锚具变形和钢筋内缩值锚具变形和钢筋内缩值开开始点始点(0.006);结束点结束点(0.006)1211步骤 4.3 输入钢束形状 操作步骤操作步骤 荷载荷载/预应力荷载预应力荷载/预应预应力钢束形状力钢束形状钢束名称钢束名称(Tendon 1);钢束特性值钢束特性值tendon窗口选择窗口选择(单元单元:1 to 18)钢束直线段钢束直线段开始点开始点(0);结束点结束点(0)布
13、置形状布置形状1x(0),y(0),z(1.5),固定固定(关关)2x(12),y(0),z(0.2),固定固定(开开),Ry(0),Rz(0)3x(30),y(0),z(2.6),固定固定(开开),Ry(0),Rz(0)4x(36),y(0),z(1.8),固定固定(关关)钢束形状钢束形状直线直线钢束布置插入点钢束布置插入点(0,0,0)假想假想x轴方向轴方向X 首先输入第一跨的钢束形状。首先输入第一跨的钢束形状。1412步骤 4.4 输入钢束形状 操作步骤操作步骤荷载荷载/预应力荷载预应力荷载/预应预应力钢束形状力钢束形状钢束名称钢束名称(tendon 2);钢束特性值钢束特性值tendo
14、n 窗口选择窗口选择(单元单元:13 to 30)钢束直线段钢束直线段开始点开始点(0);结束点结束点(0)布置形状布置形状1x(24),y(0),z(2),固定固定(关关)2x(30),y(0),z(2.8),固定固定(开开),Ry(0),Rz(0)3x(48),y(0),z(0.2),固定固定(开开),Ry(0),Rz(0)4x(60),y(0),z(1.5),固定固定(关关)钢束形状钢束形状直线直线钢束布置插入点钢束布置插入点(0,0,0)假想假想x轴方向轴方向X 首先输入第二跨的钢束形状。首先输入第二跨的钢束形状。1412下面按如下方法确认所输入的钢束的形状。操作步骤操作步骤单元号单元
15、号(关关)显示显示综合综合钢束形状钢束形状(开开)名称名称(开开);点点(开开)2步骤 4.5 输入钢束预应力荷载 操作步骤操作步骤荷载荷载/预应力荷载预应力荷载/钢束钢束预应力荷载预应力荷载荷载工况名称荷载工况名称预应力预应力 1 ;荷载组名称荷载组名称tendon 1钢束钢束 tendon 1 已选钢已选钢束束张拉力张拉力应力应力 ;先张拉先张拉开始点开始点开始点开始点(133000);结结束点束点(133000)注浆注浆:下下(1)125643输入tendon 1荷载步骤 4.6 输入钢束预应力荷载 操作步骤操作步骤荷载荷载/预应力荷载预应力荷载/钢束钢束预应力荷载预应力荷载荷载工况名称
16、荷载工况名称预应力预应力 2 ;荷载组名称荷载组名称tendon 2钢束钢束 tendon 2 已选钢已选钢束束张拉力张拉力应力应力 ;先张拉先张拉开始点开始点开始点开始点(133000);结结束点束点(133000)注浆注浆:下下(1)125643输入tendon 2荷载步骤 5 定义施工阶段 操作步骤操作步骤施工阶段划分施工阶段划分各施工阶段的结构组、边界组和荷载组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)操作步骤操作步骤荷载荷载/施工阶段分析数据施工阶段分析数据/定义施工阶段定义施工阶段名称名称(CS 1);持续时持续时间间(20)保存结果保存结果施工阶段
17、施工阶段(on);施工步骤施工步骤(on)添加子步骤添加子步骤自动生成自动生成步步骤数骤数(5)单元单元组列表组列表S-G1激活激活材龄材龄(5);边界边界组列表组列表 B-G1激活激活支撑条件支撑条件/弹性支撑弹性支撑位置位置变形后变形后;荷载荷载组列表组列表 自重自重,tendon1激活激活激活时间激活时间开始开始;12364578910步骤 5.2 定义施工阶段2(CS2)操作步骤操作步骤荷载荷载/施工阶段分析数据施工阶段分析数据/定义施工阶段定义施工阶段名称名称(CS 2);持续时持续时间间(20)保存结果保存结果施工阶段施工阶段(on);施工步骤施工步骤(on)添加子步骤添加子步骤自
18、动生成自动生成步步骤数骤数(5)单元单元组列表组列表S-G2激活激活材龄材龄(5);边界边界组列表组列表 B-G2激活激活支撑条件支撑条件/弹性支撑弹性支撑位置位置变形后变形后;荷载荷载组列表组列表 tendon2激活激活激活时间激活时间开始开始;12345678910步骤 5.3 定义施工阶段3(CS3)操作步骤操作步骤荷载荷载/施工阶段分析数据施工阶段分析数据/定义施工阶段定义施工阶段名称名称(CS 3);持续时持续时间间(1000)保存结果保存结果施工阶段施工阶段(on);施工步骤施工步骤(on)添加子步骤添加子步骤自动生成自动生成步步骤数骤数(15)1234步骤 5.4 施工阶段分析控
19、制 操作步骤操作步骤分析分析/施工阶段分析控制施工阶段分析控制最终施工阶段最终施工阶段最后施工阶最后施工阶段段分析选项分析选项考虑时间依存效考虑时间依存效果果(开开)时间依存效果时间依存效果徐变徐变 和收缩和收缩(开开);类型类型徐变和收缩徐变和收缩徐变分析时得收敛控制徐变分析时得收敛控制迭代次数迭代次数(5);收敛误收敛误差差(0.01)自动分割时间自动分割时间(开开)钢束预应力损失钢束预应力损失(徐变和渐徐变和渐变变)(开开)抗压强度的变化抗压强度的变化(开开)钢束预应力损失钢束预应力损失(弹性收缩弹性收缩)(开开)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完成建模
20、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。条件和迭代次数。123456798步骤 6 输入移动荷载数据 操作步骤操作步骤荷载荷载/移动荷载分析数据移动荷载分析数据/车道车道 车道名称车道名称(Lane1)车道荷载的分布车道荷载的分布车道单元车道单元车辆移动方向车辆移动方向往返往返 偏心距离偏心距离(0)桥梁跨度桥梁跨度(30)选择选择两点两点(1,31)1234576步骤 6.1 输入车辆荷载 操作步骤操作步骤荷载荷载/移动荷载分析数据移动
21、荷载分析数据/车辆车辆车辆车辆 添加标准车辆添加标准车辆 标准车辆荷载标准车辆荷载 规范名称规范名称 中国城市桥梁荷载中国城市桥梁荷载(CJJ77-98)同上操作同上操作车辆荷载名称车辆荷载名称 C-AL ;C-AD(20)输入数据库中内含的标准车辆荷载输入数据库中内含的标准车辆荷载C-AL和和C-AD(20)123步骤 6.2 输入移动荷载工况 操作步骤操作步骤荷载荷载/移动荷载数据分析移动荷载数据分析/移动荷载工况移动荷载工况荷载工况荷载工况(Moving Load)子荷载工况子荷载工况车辆组车辆组VL:C-AL 可以加载的最少车道数可以加载的最少车道数(0)可以加载的最大车道数可以加载的
22、最大车道数(1)车道列表车道列表Lane1 选择的选择的车道列表车道列表 Lane1子荷载工况子荷载工况车辆组车辆组VL:C-AD(20)可以加载的最少车道数可以加载的最少车道数(0)可以加载的最大车道数可以加载的最大车道数(1)车道列表车道列表Lane1 选择的选择的车道列表车道列表 Lane11234567891011步骤 7 运行结构分析 操作步骤操作步骤分析分析/运行分析运行分析建模、定义施工阶段全部输入结束后，运行结构分建模、定义施工阶段全部输入结束后，运行结构分析析步骤 8 定义荷载组合 操作步骤操作步骤阶段阶段PostCS结果结果/荷载组合荷载组合激活激活(开开);名称名称(Co
23、m1);类型类型相加相加荷载工况荷载工况合计合计(CS);系数系数(1.0)荷载工况荷载工况移动荷载移动荷载(MV);系数系数(1.0)同上操作同上操作激活激活(开开);名称名称(Com2);类型类型添加添加荷载工况荷载工况自重自重(CS);系数系数(1.3)荷载工况荷载工况钢束二次应力钢束二次应力(CS);系数系数(1.0)荷载工况荷载工况徐变收缩二次应徐变收缩二次应力力(CS);系数系数(1.3)荷载工况荷载工况移动荷载移动荷载(MV);系数系数(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
24、其结果进行组合。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，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，而且会定义施工阶段荷载的分项系数来查看其极限强度看其极限强度(Com2)。2345步骤 9 查看分析结果 操作步骤操作步骤阶段阶段CS1结果结果/桥梁内力图桥梁内力图荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CS:合计合计(开开);步骤列表步骤列表最最后后图形类型图形类型应力应力;x轴刻轴刻度度距离距离桥梁单元组桥梁单元组All组合组合组合组合(开开);3(+y,-z)容许应力线容许应力线画容许应力线画容许
25、应力线(开开)抗拉抗拉(320)对于对于MIDAS/Civil 施工阶段分析的结果，可查看到某一施工阶段为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。应力和位移的变化。利用桥梁内力图利用桥梁内力图 查看施工阶段查看施工阶段1(CS 1)中截面下缘的应力。中截面下缘的应力。23467859步骤 9 查看分析结果 操作步骤操作步骤阶段阶段 Min/Max结果结果/桥梁主梁内力图桥梁主梁内力图荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CS最最大大:合计合计(开开)图形类型图
26、形类型应力应力;X轴刻轴刻度度距离距离桥梁单元组桥梁单元组All组合组合组合组合(开开);3(+y,+z)容许应力线容许应力线画容许应力线画容许应力线(关关)查看操作同上查看操作同上荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CS最最小小:合计合计(开开)利用桥梁内力图利用桥梁内力图 查看在各施工阶段所发生的最大、最小应力。查看在各施工阶段所发生的最大、最小应力。23467859步骤 9 查看分析结果 操作步骤操作步骤阶段阶段CS3结果结果/桥梁主梁内力图桥梁主梁内力图荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CS:徐变一次徐变一次(开开)步骤列表步骤列表最后最后图形类型图形类型 弯矩弯矩;X轴刻轴刻度度距离距
27、离桥梁单元组桥梁单元组All应力应力-Sbz选项选项当前施工阶段当前施工阶段-步骤步骤 查看结果操作同上查看结果操作同上荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CS:徐变二次徐变二次(开开)荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CS:收缩一次收缩一次(开开)荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CS:收缩二次收缩二次(开开)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。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
28、定状态时，结构会产生约束上述变形的约束力，这种力叫二次应力超静定状态时，结构会产生约束上述变形的约束力，这种力叫二次应力2346785910113步骤 9 查看分析结果操作步骤操作步骤阶段阶段PostCS结果结果/桥梁主梁内力图桥梁主梁内力图荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CBMax:Com1(开开)图形类型图形类型 应力应力 ;X-轴轴刻度刻度距离距离桥梁单元组桥梁单元组All组合组合(开开);3(+y,+z)容许应力线容许应力线画容许应力线画容许应力线(关关)操作同上操作同上组合组合(开开);3(+y,-z)容许应力线容许应力线画容许应力线画容许应力线(关关)利用荷载组合查看应力在最后施
29、工阶段查看施工阶段分析结果和移动荷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。载分析结果叠加起来的应力图形。24678593步骤 9 查看分析结果操作步骤操作步骤结果结果/分析结果表格分析结果表格/梁梁单元单元/应力应力节点或单元节点或单元单元单元(15)荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合合计合计(CS)(开开)按按Shift键全选键全选CS1:001到到CS3:所有的施工阶段。所有的施工阶段。位置号位置号Part j(开开)利用表格查看支承位置利用表格查看支承位置(单元单元15)的施工阶段应力变化。的施工阶段应力变化。2453步骤 9 查看分析
30、结果操作步骤操作步骤阶段阶段最终阶段最终阶段结果结果/内力内力/梁单元内力梁单元内力图图荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CBall:Com2内力内力My显示选项显示选项5点点,不涂色不涂色,系系数数(1.0)显示类型显示类型等值线图等值线图(开开);图例图例(开开)查看系数荷载组合条件下的弯矩。查看系数荷载组合条件下的弯矩。24536步骤 9 查看分析结果操作步骤操作步骤阶段阶段PostCS结果结果/应力应力/梁单元应力梁单元应力荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合CBMax:Com1应力应力组合应力组合应力 2显示类型显示类型等值线图等值线图(开开);图例图例(开开)利用梁单元应力查看系数荷载组合条件下的应力。利用梁单元应力查看系数荷载组合条件下的应力。2453
