midas-预应力连续梁的施工阶段分析解析13666.pdf
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1、 预应力混凝土梁的施工阶段分析 CONTENTS 概要 1 桥梁概况及一般截面 2 预应力混凝土梁的分析顺序 3 使用的材料及其容许应力 4 荷载 5 设置操作环境 6 定义材料和截面 7 定义截面 8 定义材料的时间依存性并连接 9 建立结构模型 12 定义结构组、边界条件组和荷载组 13 输入边界条件 16 输入荷载 17 输入恒荷载 18 输入钢束特性值 19 输入钢束形状 20 输入钢束预应力荷载 23 定义施工阶段 25 输入移动荷载数据 30 运行分析 34 查看分析结果 35 通过图形查看应力 35 定义荷载组合 39 利用荷载组合查看应力 40 查看钢束的分析结果 44 查看荷
2、载组合条件下的内力 47 2 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。图1.分析模型 2 12 m6 m6 mL=30 mL=30 mCS1CS23 m1.5 m0.2 m0.2 m0.2 m0.2 m1.8 m2 m 桥梁概况及一般截面 分析模型为一个两跨连续梁,其钢束的布置如图2所示,分为两个阶段来施工。
3、桥梁形式:两跨连续的预应力混凝土梁 桥梁长度:L=230=60.0 m 区 分 钢束坐标 x(m)0 12 24 30 36 48 60 钢束1 z(m)1.5 0.2 2.6 1.8 钢束2 z(m)2.0 2.8 0.2 1.5 图2.立面图和剖面图 1.5 m 0.2 m 0.2 0.2 m 3 m 2 m 2 预应力混凝土梁的分析步骤 预应力混凝土梁的分析步骤如下。1.定义材料和截面 2.建立结构模型 3.输入荷载 恒荷载 钢束特性和形状 钢束预应力荷载 4.定义施工阶段 5.输入移动荷载数据 6.运行结构分析 7.查看结果 2 使用的材料及其容许应力 混凝土 设计强度:2ckcm/k
4、gf400=f 初期抗压强度:2cicm/kgf270=f 弹性模量:Ec=3,000Wc1.5 fck+70,000=3.07 105kgf/cm2 容许应力:容许应力 预应力作用后(瞬间)预应力损失发生后(最终)抗 拉 抗 压 2cicacm/kgf5.148=f55.0=f 2citacm/kgf1.13=f8.0=f 2ckcacm/kgf0.160f4.0f 2cktacm/kgf0.32=f6.1=f 预应力钢束(KSD 7002 SWPC 7B-15.2mm(0.6strand)屈服强度:2pymm/kgf160=fstrand/tonf6.22=Py 抗拉强度:2pumm/kg
5、f190=fstrand/tonf6.26=Pu 截面面积:2387.1cmAp 弹性模量:26pcm/kgf100.2=E 张 拉 力:fpi=0.7fpu=133kgf/mm2 锚固装置滑动:mm6=s 磨擦系数:rad/30.0=m/006.0=k 容许应力 张拉时的最大应力 锚固瞬间(pof)应力损失后使用状态 2pymm/kgf144=f9.0 2pumm/kgf133=f7.0 2pymm/kgf128=f8.0 2 荷载 恒荷载 自重 在程序中按自重输入 预应力 钢束(15.2 mm31(0.6-31)截面面积:Au=1.387 31=42.997 cm2 孔道直径:133 mm
6、 张拉力:抗拉强度的70%fpj=0.7 fpu=13,300 kgf/cm2 Pi=Au fpj=405.8 tonf 张拉后的瞬间损失(程序自动计算)摩擦损失:)(0)(kLXePP 30.0=,006.0=k 锚固装置滑动引起的损失 :mm6=Ic 弹性收缩引起的损失 :损失量 SPPEAfP 最终损失(程序自动计算)钢束的松弛(Relaxation)徐变和收缩引起的损失 徐变和收缩 条件 水泥:普通硅酸盐水泥 长期荷载作用时混凝土的材龄:ot5天 混凝土与大气接触时的材龄:st3天 相对湿度:%70=RH 大气或养护温度:C20=T 适用规范:CEB-FIP 徐变系数:程序计算 混凝土
7、收缩变形率:程序计算 活荷载 适用规范:城市桥梁设计荷载规范 荷载种类:C-AL C-AD(20)2 设置操作环境 打开新文件(新项目),以 PSC beam 为名保存(保存)。将单位体系设置为 tonf和m。该单位体系可根据输入数据的种类任意转换。文件/新项目 文件/保存(PSC beam)工具/单位体系 长度 m ;力tonf 图3.设置单位体系 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。2 定义材料和截面 下面定义PSC beam所使用的混凝土和钢束的材料特性。模型/材料和截面特性/材料 类型混凝土 ;规范KS-civil(RC)数据库C400 名称(Tendon)
8、;类型用户定义 ;规范无 分析数据 弹性模量(2.1e7)图4.定义材料对话框 同时定义多种材料特性时,使用键可以连续输入。2 定义截面 PSC beam的截面使用比较简单的矩形截面来定义。模型/材料和截面特性/截面 数据库/用户 截面号(1);名称(Beam)截面类型实腹长方形截面用户 H(3);B(2)偏心中-下部 图5.定义截面的对话框 2 定义材料的时间依存性并连接 为了考虑徐变、收缩以及抗压强度的变化,下面定义材料的时间依存特性。材料的时间依存特性参照以下数据来输入。28天强度:fck=400 kgf/cm2 相对湿度:RH=70%理论厚度:1.2m(2Ac/u=2 x 6/10=1
9、.2)混凝土种类:普通水泥(N.R)拆模时间:3天 模型/材料和截面特性/时间依存性材料(徐变&渐变e)名称(徐变/渐变);设计标准CEB-FIP 28天材龄抗压强度 (4000)相对湿度(40 99)(70)构件的理论厚度 (1.2)混凝土种类 普通水泥(N,R)开始收缩时的混凝土材龄 (3)图6.定义材料的徐变和收缩特性 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。2 混凝土浇筑后随时间变化而逐渐硬化,时间越长其强度越大。本例题根据CEB-FIP所规定的混凝土强度发展函数考虑了混凝土的这一特性。模型/材料和截面特性/时间依存性材料(抗压
10、强度)名称(抗压强度);类型设计规范 强度发展规范CEB-FIP 混凝土28天抗压强度(S28)(4000)混凝土类型(a)(N,R:0.25)图7.定义随时间变化的混凝土强度发展函数 2 参照图8将一般材料特性和时间依存材料特性相连接。即,将时间依存材料特性赋予相应的材料。模型/材料和截面特性/时间依存材料连接 时间依存材料类型徐变/收缩徐变/收缩 强度进展抗压强度 选择指定的材料材料 1:C400 选择的材料 图8.连接时间依存材料特性 2 建立结构模型 利用建立节点和扩展单元的功能来建立单元。点格(关);捕捉点(关);捕捉轴线(关)正面;自动对齐 模型节点 建立节点 坐标(0,0,0)模
11、型单元 扩展单元 全选 扩展类型节点 线单元 单元类型梁;材料1:C400 ;截面 1:Beam 生成形式复制和移动 复制和移动等间距dx,dy,dz(2,0,0)复制次数(30)图9.建立几何模型 2 定义结构组、边界条件组和荷载组 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条件定义为组,并利用组来定义施工阶段。组结构租 新建 定义结构组名称(S-G);后缀(1to2)定义结构组名称(All)单元号(on)窗口选择(单元:1 to 18)组结构组S_G1(拖&放)窗口选择(单元:19 to 30)组结构组S_G2(拖&放)全选 组结
12、构组All(拖&放)图10.定义结构组(Structure Group)C Drag&Drop S-G1 S-G2 为了利用 桥梁内力图 功能查看分析结果而将其定义为组。2 新建边界组 边界组名称的建立方法如下。组边界组新建 定义边界组名称(B-G);后缀(1to2)图11.建立边界组(Boundary Group)C 2 新建荷载组 恒荷载组和预应力荷载组名称的新建方法如下。组荷载组新建 定义荷载组名称(Selfweight)定义荷载组Name(Tendon);后缀(1to2)图12.建立荷载组(Load Group)C 2 输入边界条件 边界条件的输入方法如下。单元号(关);节点号(开)模
13、型/边界条件/一般支撑 单选(节点:1)边界组名称B-G1 选择添加 支撑条件类型 Dy,Dz,Rx(开)单选(节点:16)边界组名称B-G1 选择添加 支撑条件类型Dx,Dy,Dz,Rx(开)单选(节点:31)边界组名称B-G2 选择添加 支撑条件类型 Dy,Dz,Rx(开)图13.定义边界条件 2 输入荷载 本例题针对恒荷载和预应力荷载进行施工阶段分析。移动荷载分析则需另行输入移动荷载数据。荷载/静力荷载工况 名称 (恒荷载)类型(施工阶段荷载)名称(预应力 1)类型 (施工阶段荷载)名称(预应力 2)类型 (施工阶段荷载)图14.输入静力荷载工况的对话框 2 输入恒荷载 使用 自重 功能
14、输入恒荷载。荷载/自重 荷载工况名称 恒荷载 荷载组名称 自重 自重系数 Z(-1)图15.输入恒荷载 2 输入钢束特性值 荷载/预应力荷载/预应力钢束的特性值 预应力钢束的名称(钢束);预应力钢束的类型内部 材料2:钢束 预应力钢束总面积(0.0042997)或者 钢铰线公称直径15.2mm(0.6)钢铰线股数(31)钢束孔道直径(0.133);松弛系数(45)预应力钢筋与孔道摩擦系数(0.3);孔道每米局部偏差摩擦系数(0.0066)极限强度(190000);屈服强度(160000)张拉方法后张法 锚具变性和钢筋内缩值开始点(0.006);结束点(0.006)图16.输入钢束特性值 当 钢
15、 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Analysis for Civil Structures的“预应力损失”。2 输入钢束形状 首先输入第一跨的钢束形状。隐藏(开);单元号(开);节点号(关)模型/荷载/预应力荷载/预应力钢束形状 钢束名称(钢束 1);钢束特性值钢束 窗口选择(单元:1 to 18)钢束直线段开始点(0);结束点(0)布置形状 1x(0
16、),y(0),z(1.5),fix(关)2x(12),y(0),z(0.2),fix(开),Ry(0),Rz(0)3x(30),y(0),z(2.6),fix(开),Ry(0),Rz(0)4x(36),y(0),z(1.8),fix(关)钢束形状直线 钢束布置插入点(0,0,0)假想x轴方向X 图17.定义钢束形状 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。2 下面输入第二跨的钢束布置形状。模型/荷载/预应力荷载/预应力钢束形状 钢束名称(钢束 2);钢束特性值钢束 窗口选择(单元:13 to 30)钢束直线段开始点(0);结束点(0)布置形状
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