建模计算预应力混凝土连续箱梁桥.docx

纵向计算模型的建立
1. 设置操作环境
1.1 打开新项目，输入文件名称，保存文件
1.2 在工具-单位体系中将单位体系设置为“m”,“KN”,“kj”和“摄氏”。

2．材料与截面定义
2.1 材料定义
右键-材料和截面特性-材料。C50材料定义如下图所示。

2.2 截面定义
2.2.1 利用SPC（截面特性值计算器）计算截面信息
（1）在CAD中x-y平面内，以mm为单位绘制主梁所有的控制截面，以DXF格式保存文件；绘图时注意每个截面必须是闭合的，不能存在重复的线段，并且对于组成变截面组的线段，其组成线段的个数应保持一致。
（2）在midas工具中打开截面特性计算器（SPC），在Tools-Setting中将单位设置为 “KN”和“mm”；

（3）从File-Import-Autocad DXF导入DXF截面；
（4）从Model-Section-Generate中选择“Type-Plane”；不勾选“Merge Straight Lines”前面的复选框；Name-根据截面所在位置定义不同的截面名称从而生成截面信息；

（5）在Property-Calculate Section Property 中设置划分网格的大小和精度，然后计算各截面特性；
（6）从File-Export-MIDAS Section File导出截面特性文件，指定文件目录和名字，以备使用。
2.2.2 建立模型截面
（1） 右键-材料和截面特性-截面-添加-设计截面，选择设计用数值截面。单击“截面数据”选择“从SPC导入”，选择刚导出的截面特性文件，并输入相应的设计参数。
注意：若要结合规范进行PSC设计，在定义截面的时候，需要选择“设计截面”中进行定义，同时对于截面中的“剪切验算位置”及“验算用腹板厚度”需要定义，否则会提示“PSC设计数据失败”。可通过勾选自动定义。

实心段箱梁为开口截面，其余为闭合截面。
对闭合截面：
T1、T2分别为顶、底板厚度；
BT为外腹板中心线间距离；
HT为顶、底板的中心线间距离；
验算扭转用厚度为有效最小腹板厚度值，对于斜腹板取垂直厚度，而非水平截线宽度；
Z1、Z2、Z3为程序进行剪切验算位置，Z2程序默认为质心位置，一般剪切验算位置选择在腹板厚度突变的地方，设计时采用箱梁的顶板底面和底板顶面位置。
对开口截面，T1为上翼缘板厚度，T2输入0，程序默认按T形截面计算；
BT为腹板宽度和；
HT为上翼缘板中心线到截面底的距离；
验算扭转用厚度为半个腹板厚。
程序根据输入的设计参数计算扭转引起的截面剪切应力和受扭塑性抵抗距Wt。
修改偏心为指定截面线单元的位置，即在模型窗口中显示的线单元是以截面哪个位置为基准产生的。默认值为截面质心，可以根据需要修改偏心的位置。同时，可以指定截面的横向、竖向偏心距离，依次输入主梁所有控制截面的信息。

（2）右键-材料和截面特性-截面-变截面中设计用数值截面的导入功能，并设置相应的偏心，以形成所需要的变截面信息。

注意：变截面两端截面的拓扑关系必须一致，两端截面的构成线及节点必须是对应的；变截面只能定义一个单元的截面变化规律，变截面组能够定义一组单元（多个连续单元）的具有相同变化规律的变截面梁，截面变化曲线次数若是2次曲线变化，输入2即可。
3．节点、单元定义
借用midas中Excel表格定义节点坐标；
根据对应材料、截面信息、节点信息、单元类型定义单元信息，其中单元类型全部为梁单元。
节点间距或单元长度通常为1m。在两端、支座、墩顶、截面形状变化处、1/2跨、1/4跨、1/8跨位置处需设置节点。

若纵坡较大时，需要考虑其影响，以保证预应力钢筋等效荷载的计算精度；若纵坡较小，建模时可不考虑。
在端横梁和中横梁处，建议不用实心截面进行模拟，用旁边的空心截面进行模拟，同时实心部分用等效荷载的方式代替；若用实心截面代替，则此处的中性轴有较大的突变，对于计算结果读取反而有影响，具体说明可以参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中第4.2.6条的规定。
4．荷载类型定义
荷载-静力荷载工况-定义荷载类型：
将自重、预应力、铺装和栏杆荷载定义为施工阶段荷载；
将整体升温 、整体降温定义为温度荷载；
局部升温、局部降温定义为温度梯度荷载。
为利用Midas Civil 后处理的自动荷载组合功能进行设计验算，提高设计工作效率，所以把所有在施工阶段激活的自重、预应力、铺装和栏杆荷载定义为施工阶段荷载；如下图所示。

5．荷载组定义
通过树形菜单-组-荷载组-右键-新建…定义荷载组，分别为恒荷载、预应力荷载、整体升温、整体降温、局部升温和局部降温。

根据不同施工阶段定义相应的组，荷载组定义主要是为了区分不同施工阶段的荷载。设计桥梁采用满堂支架施工，一次落架成形，并考虑10年的收缩徐变，共划分为两个施工阶段。
6．预应力荷载定义
6.1 钢束特征值定义
在荷载-预应力荷载-钢束特征值中定义。
全桥共两种类型钢束，分别为M15-17和BM15-5。
导管直径：查相关资料，一般17束可取直径为100mm，输入时注意单位；扁波纹管，根据面积计算等效直径；
钢筋松弛系数：因采用低松弛钢绞线，悉数采用0.3；
预应力钢筋与管道壁的摩擦系数：0.15（塑料波纹管）；
管道每米局部偏差的摩擦影响系数取0.0015（1/m）；
两端锚具、钢筋回缩和接缝压缩值均为0.006m（两端张拉）
M15-17的定义如下图所示：

6.2 钢束布置形状设置
方法一：直接输入特征点的方式
在荷载-预应力荷载-钢束布置形状中直接输入钢束形状参数；
特征点的选择：钢束的起终点、竖弯的切线交点

方法二：从CAD导入
对于平弯、竖弯比较复杂的钢束，宜在CAD中用不同土层分别绘制各束钢束线性，并借助Midas Civil钢束形状生成器工具生成扩展名为.mct的钢束形状命令流。

6.3 钢束预应力荷载定义
在荷载-预应力荷载-钢束预应力荷载中定义，采用两端张拉，张拉控制应力取1395MPa，输入时应注意具体数值的单位、相应荷载工况及荷载组的名称。

7．普通钢筋定义
在材料和截面特性-截面管理器-钢筋中定义普通钢筋信息，根据钢筋布置情况，分别输入相应的纵向钢筋和抗剪钢筋。

若要在设计验算中考虑普通钢筋的作用，需要在分析-主控数据中勾选PSC截面刚度计算中考虑普通钢筋复选框。
8．边界条件的模拟
选中需定义边界约束的主梁节点，在边界条件-一般支承中定义相应的约束。
固定约束如下左图，滑动支座约束如下右图。毕设桥梁在1号桥墩上设置固定约束，2号桥墩和两个桥台均设置滑动约束。

9．箱梁有效宽度系数
在边界条件-有效宽度系数中输入。
为考虑箱梁的剪力滞效应所导致的应力横向分布不均匀，设计规范中通过箱梁有效宽度系数来近似计算实际应力。
Midas Civil有效宽度系数是通过边界条件的形式，对截面惯性矩进行相应的调整，然后进行应力计算，对内力计算没有影响。
若不考虑，可直接取1。

10．荷载施加及施工阶段控制
10.1 恒载
10.1.1 结构自重
在荷载-自重中定义。自重系数取-1.04。见上右图。
10.1.2 桥面铺装及栏杆
在荷载-梁单元荷载中定义。计算桥面铺装、护栏的荷载集度，以KN/m单位输入w。

10.1.3 混凝土的收缩、徐变
（1）定义收缩、徐变函数
在特性-时间依存性材料-徐变和收缩-添加

选择设计规范：China(JTG D62-2004)
28d龄期混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土的强度等级。对于C50为50 000KN/m2, C35为35 000KN/m2, C25为25 000KN/m2。
环境年平均相对湿度：80%；
构件理论厚度：输入一个非零值后可在修改单元依存材料特性值中选择自动计算；
水泥种类系数（Bsc）：对一般硅酸盐水泥，应输入5；
收缩开始时的混凝土龄期：混凝土浇筑后开始计收缩时间，一般按照拆除模板时间进行考虑，输入3天。
注：定义收缩徐变时，需要注意标号强度不要输错，对于C50混凝土的定义，许多工程师经常输入5000KN/m2，导致后续计算中出现奇异或警告等信息； 同时由于单元的构件理论厚度都不一样，因此在此先输入一个非0值，最后利用“修改单元时间依存材料特性”的功能，重新计算构件理论厚度。
（2）建立混凝土收缩徐变函数与材料间的对应关系
在材料和截面特性-材料-时间依存性材料连接中选择相应的函数，并指定对应的材料类型。

（3）计算构件理论厚度
在材料和截面特性-修改单元的材料时间依存特性中选择所有单元，选择构件的理论厚度、自动计算、中国标准，单击适用按钮。见上右图。
10.2 支座沉降
10.2.1 支座沉降组的定义
沉降值根据下部结构计算情况及桥位处的地址资料确定。在荷载-支座沉降分析数据-支座沉降组中桥墩处假定设置为-0.02m，桥台处设置为-0.01m。

10.2.2支座沉降荷载工况的定义
在荷载-支座沉降分析数据-支座沉降荷载工况中把上一步定义的沉降组全部选中，Smin=1 Smax=3,调整系数为1，单击添加按钮，完成支座沉降工况定义。见右上图。
10.3 体系温度
10.3.1 整体升、降温
在荷载-温度荷载-系统温度中，荷载工况选择相应的荷载工况，初始温度定为15度，温度分别设置35和-5.

10.3.2 局部升、降温
在荷载-温度荷载-梁截面温度中，参考通用规范35页条文，对主梁进行折线形温度梯度的输入。见上图中右两图。
输入时，局部升温时荷载工况选择局部温升，截面类型选择一般截面，方向选择局部-z，参考位置选择+边（顶），初始温度为0，材料特性选择单元，B=腹板厚度之和；H1=0，H2=0.1m，T1=14，T2=5.5，单击添加；然后调整H1=0.1m，H2=0.4m，T1=5.5，T2=0，单击添加，完成局部升温的定义。
降温定义过程与上同，温度取温升的-0.5倍即可。
10.4 汽车荷载定义
10.4.1规范定义
荷载-移动荷载荷载分析数据-移动荷载规范中选择中国规范。
10.4.2 车道的定义
荷载-移动荷载荷载分析数据-车道中单击添加按钮，根据车道中心位置定义车道线具体位置。
例：桥宽16m,净宽15m,四个车道，每车道3.75m，车道偏心分别为-5.625、-1.875、1.875、5.625，车轮间距输入0（不考虑车轮间距影响）.
车道荷载的分布选择车道单元（因为采用的是单梁模型模拟主梁）；
桥梁跨度用于计算冲击系数，当分析-移动荷载分析控制-跨度的计算方法中选择影响线加载长度时，这里的跨度不起作用（设置方法见下右图）。在这里输入较小跨度，即边跨长度。
比例系数=1，选择形式采用单元号，并根据跨径布置情况，选择对应主梁单元号，单击添加和确定按钮。
依次定义车道2、车道3、车道4。

10.4.3 车辆的定义
荷载-移动荷载荷载分析数据-车辆中单击添加标准车辆，规范选《公路工程技术标准》，车辆荷载类型选CH-CD，单击确定。

10.4.4 移动荷载工况的定义
荷载-移动荷载荷载分析数据-移动荷载工况中单击添加，荷载工况名称输入汽车荷载，组合选项选择单独，单击添加，车辆组选择VL:CH-CD，系数输入1.15（考虑车道荷载偏心系数），加载的最少车道=1，最多车道=4，将分配车道区域中的左侧车道列表的4个车道选到右侧的车道中，单击确定。

10.4.5 移动荷载分析控制数据

在分析-移动荷载荷载分析控制数据的荷载控制选项中点选影响线加载；
每个线单元上影响线数量=3；
杆系单元中选择内力（最大值+当前其它内力）和应力；
计算选项选反力、位移、内力；
选择桥梁等级；
规范类型：JTG D60-2003;
结构基频方法：可用户输入和通过输入材料、跨中截面参数计算，注意跨径不等时用较小跨径；
10.5 施工阶段分析控制
在分析-施工阶段分析控制数据中选最后施工阶段；考虑时间依存效果；收缩和徐变；
11.定义特征值分析控制
在“分析-特征值分析控制”中，定义特征值分析控制数据。
勾选最后施工阶段、考虑时间依存效果、徐变和收缩、钢束预应力损失、杆系输出结果的两项，单击确认。
12. 定义主控数据
分析-主控数据（按默认的即可）
13. 运行结构分析
文件-导出-AUTOCAD DXF中选所有单元，中心线+形状，杆系厚度 板厚 ；单击导出，与绘制图形进行比较，确保模型正确性。
运行结构计算
14. 定义荷载组合
在“结果-荷载组合”中，选择“混凝土设计”中的“自动生成”，生成荷载组合。

15. 定义PSC设计
15.1定义PSC设计参数
设计-PSC设计-PSC设计参数

15.2定义PSC设计材料
设计-PSC设计-PSC设计材料数

混凝土及钢筋材料必须要选择JTG04的材料，否则程序会提示PSC设计数据失败。
15.3定义PSC设计截面位置
设计-PSC设计-PSC设计位置

15.4 定义PSC设计计算书输出内容
在设计-PSC设计-PSC设计计算书输出内容中定义计算书输出内容
16. PSC设计结果
16.1 正截面抗弯强度验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），
第5.2.2-5.2.5的规定，需进行使用阶段正截面抗弯强度验算。
16.2斜截面抗剪强度验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第5.2.6-5.2.11的规定，需进行使用阶段斜截面抗剪验算。
16.3抗扭强度验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第5.5.1-5.5.6的规定，需进行使用阶段截面抗扭验算。
16.4正截面抗裂验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第6.3.1-1和6.3. 2的规定，需进行使用阶段正截面抗裂验算。
16.5斜截面抗裂验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第6.3.1-2和6.3. 3的规定，需进行使用阶段斜截面抗裂验算。
16.6施工阶段应力验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.2.7和7.2.8 的规定，需进行施工阶段的应力验算。
16.7受拉区预应力钢筋拉应力验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.1.3-7.1.5 的规定，需进行受拉区预应力钢筋拉应力验算。
16.8正截面压应力验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.1.3、7.1.4 和7.1.5的规定，需进行使用阶段正截面压应力验算。
16.9斜截面压应力验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.1.6的规定， 需进行使用阶段斜截面主压应力验算。
16.10.挠度计算与验算
16.11.支座反力计算与支座选取