MIDAS连续梁有限元分析案例(一)

连续梁有限元分析案例
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目录 (1)
1 工程概况 (2)
1.1 桥梁基本概况 (2)
1.2 主要材料及参数 (2)
1.3 设计荷载取值 (2)
2 建模内容 (4)
2.1 组的定义 (4)
2.2 施工阶段的定义 (4)
2.3 预应力布置 (5)
3 结果分析 (14)
3.1 成桥阶段的结果 (14)
3.1.1 成桥阶段的支座反力 (14)
3.1.2成桥后结构的竖向位移 (14)
3.1.3 成桥阶段结构的弯矩 (15)
3.1.4 成桥阶段的应力 (15)
3.2 PSC设计结果 (15)
3.2.1 施工阶段法向压应力验算 (15)
3.2.2使用阶段正截面压应力验算 (16)
3.2.3 使用阶段正截面抗弯验算 (17)
第一章工程概况
1.1 桥梁基本概况
（1）桥梁跨径布置：4×30m=120m；
（2）桥梁宽度：0.25m（栏杆）+2.5m（人行道）+15.0m（机动车道）+
2.5m（人行道）+0.25m（栏杆）=20.5m；
（3）主梁高度：1.6m，支座处实体段为1.8m；
（4）行车道数：双向四车道+2人行道；
（5）桥梁横坡：机动车道向外1.5%，人行道向内1.5%；
（6）施工方法：逐跨现浇法。

1.2 主要材料及参数
（1）混凝土选用C50混凝土，其力学指标见表1-1。

（2）预应力筋选用直径为15.24mm的低松弛钢绞线，其力学指标见表1-2。

1.3 设计荷载取值
（1）恒载
m；二期恒载（人行道、护栏、主要包括材料重量，混凝土容重：25KN/3
桥面铺装等）合计：85KN/m；
（2）活载：
车辆荷载：公路I级
人群荷载：3KN/m2；
（3）温度力
系统升温25℃，系统降温-15℃
第二章 MIDAS建模
2.1 组的定义
见图2.1所示。

结构组8个，跨1包含单元1-24，跨2包含单元25-43，垮3包含单元44-62，跨4包含单元63-78；支架1包含节点80-104，支架2包含单元104-123，支架3包含单元123-142，支架4包含单元142-158。

边界组8个，跨gd-1的边界对应施工跨1的主梁支座，即节点2,21的一般支撑，其余类似；跨zj-1的边界对应施工跨1时主梁节点与下方节点的仅受压的弹性链接，以模拟支架。

图2.1 组的定义
荷载组6个，包括自重、二期及对应4个施工阶段的预应力荷载。

2.2 施工阶段的定义
见图2.2所示。

图2.2 施工阶段的定义
施工阶段的信息见下表2.1所示。

表2.1 施工阶段信息
2.3 预应力布置
对应“预应力1 ”的预应力筋布置如下图2.3所示。

图2.3 “预应力1”布置
“预应力1”对应的钢束名称、特性值及标准钢束数等如下表2.2所示。

钢束名称 分配单元 插入点 钢束特性值
钢束数量
F01-1 5-24 (0,0,0) 15 4 F02-1 3-24 (0,0,0) 15 4 F03-1
1-24 (0,0,0)
15 4
施工阶段名称
单元 边界 荷载
激活 钝化
激活 钝化 激活 钝化
跨1 跨1 支架1
跨gd-1 跨zj-1 自重 预应力1
跨2 跨2 支架2 支架1 跨gd-2 跨zj-2 跨zj-1 预应力2 跨3 跨3 支架3 支架2 跨gd-3 跨zj-3 跨zj-2 预应力3
跨4 跨4 支架4 支架3
跨gd-4 跨zj-4 跨zj-3 预应力4
成桥 跨zj-4 二期
各钢束形状参数见表2.3-2.11。

33950 0 -1600 0
表2.7 F06-1钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 20200 0 -1450 0
33950 0 -1450 0
表2.8 F08-1钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 21950 0 -120 0
24400 0 -120 4000 33950 0 -120 0
表2.9 FD1钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 25950 0 -1560 0
29950 0 -100 6000 33950 0 -1560 0
表2.10 N1钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm
0 0 -1450 0
23950 0 -1450 0
表2.11 TC-1钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 16200 0 -120 0
33950 0 -120 0
对应“预应力2 ”的预应力筋布置如下图2.4所示。

图2.4 “预应力2”布置
“预应力2”对应的钢束名称、特性值及标准钢束数等如下表2.12所示。

钢束名称分配单元插入点钢束特性值钢束数量F01-2 25-43 (0,0,0) 15 4
F02-2 25-43 (0,0,0) 15 4
F03-2 25-43 (0,0,0) 15 4
各钢束形状参数见表2.13-2.22。

表2.17 F07-1钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 58350 0 -1087 0 59722 0 -1450 6000 63950 0 -1450 0
x/mm y/mm z/mm R/mm 33950 0 -120 0
35500 0 -120 6000 37950 0 -534 0
表2.19 F09-1钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 47950 0 -120 0 54400 0 -120 4000 63950 0 -120 0
表2.20 FD2钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 55950 0 -1564 0 59950 0 -106 6000 63950 0 -1600 0
表2.21 N2钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 33950 0 -120 0 55950 0 -120 0
表2.22 TC-2钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 33950 0 -120 0 63950 0 -120 0
对应“预应力3 ”的预应力筋布置如下图2.5所示。

图2.5 “预应力3”布置
“预应力3”对应的钢束名称、特性值及标准钢束数等如下表2.23所示。

各钢束形状参数见表2.24-2.33。

表2.27 F05-1钢束形状参数
表2.33 TC-3
钢束形状参数
图2.6 “预应力4”布置
“预应力4”对应的钢束名称、特性值及标准钢束数等如下表2.34所示。

钢束名称分配单元插入点钢束特性值钢束数量F01-4 63-74 (0,0,0) 15 4
F02-4 63-76 (0,0,0) 15 4
F03-4 63-78 (0,0,0) 15 4
F05-2 63-78 (0,0,0) 15 4
F07-3 63-65 (0,0,0) 12 6
F10-2 63-64 (0,0,0) 12 10 N4 64-78 (0,0,0) 7 6 TC-4 63-69 (0,0,0) 9 6 BC1 67-69 (0,0,0) 15 4
各钢束形状参数见表2.35-2.42。

x/mm y/mm z/mm R/mm 93950 0 -150 0 95950 0 -150 6000 99607 0 -1130 6000 113872 0 -1130 10000 116700 0 0 0
表2.36 F02-4钢束形状参数
x/mm y/mm z/mm R/mm 93950 0 -150 0
98205 0 -1290 6000 114894 0 -1290 10000 118700 0 0 0
x/mm y/mm z/mm R/mm 93950 0 -685.9 0 96802 0 -1450 6000 115916 0 -1450 10000 119900 0 0 0
其他的操作同教材，不再赘述。

第三章结果分析
3.1 成桥阶段的结果
3.1.1 成桥阶段的支座反力
选择成桥阶段荷载工况为：CS：合计，反力选：Fz，其支座反力如图3.1所示。

图3.1 成桥后的支座反力（单位：N）
3.1.2成桥后结构的竖向位移
选择成桥阶段荷载工况为：CS：合计，位移选：Dz，其位移等值线如图3.2所示。

该荷载工况下的最大竖向位移为4mm，发生在50号节点处。

图3.2 成桥后的竖向位移（单位：m）
3.1.3 成桥阶段结构的弯矩
选择成桥阶段荷载工况为：CS：合计，内力选：My，其弯矩图如图3.3所示。

该工况下，最大正弯矩在18号单元，其值为16441111.9N*m，最大负弯矩在14号单元，其值为12103186.0N*m。

图3.3 成桥后结构的弯矩My（单位：N*m）
3.1.4 成桥阶段的应力
选择成桥阶段荷载工况为：CS：合计，应力选：组合/最大，其应力图如图3.4所示。

该阶段桥梁的最大压应力7.36MPa，在64号单元处；最小压应力为1.03MPa，在77号单元处。

图3.4 成桥阶段结构的应力图（单位：N/m2）
3.2 PSC设计结果
3.2.1 施工阶段法向压应力验算
“激活记录选项卡”里选择“位置i/最大”。

在结果表单里选择“单元”、“Sig_MAX”和“Sig_ALW”三列，右键选“显示图形”，得到下图3.5。

从图
中可以看出该阶段最大压应力没有超过容许的压应力值。

设计通过。

图3.5 施工阶段最大法向压应力
同样的方法在“激活记录选项卡”里选择“位置i/最小”，得到下图3.6。

从图中可以看出该阶段最小压应力没有超过容许的拉应力值。

设计通过。

图3.6 施工阶段最小法向压应力
3.2.2使用阶段正截面压应力验算
“激活记录选项卡”里选择“位置i/最大”，同上方法得到下图3.7。

从图中可以看出，该阶段的最大压应力值没有超过容许的压应力值。

设计通过。

图3.7 使用阶段正截面最大压应力
3.2.3 使用阶段正截面抗弯验算
“激活记录选项卡”里选择“位置i/最大”，同上方法得到下图3.8。

从图中可以看出最大组合弯矩没有超过其抗弯承载力。

设计通过。

图3.8 使用阶段最大组合弯矩
“激活记录选项卡”里选择“位置i/最小”，同上方法得到下图3.9。

从图中可以看出最小组合弯矩没有超过其抗弯承载力。

设计通过。

（注：当弯矩组合值为负值时，对应的抗弯承载力为负弯矩承载力，在下图中有些弯矩组合值为负值，应将其反号后与相应承载力比较。

）
图3.9 使用阶段最小组合弯矩。