PSC 设计定义 施工阶段法向压应力验算 受拉区钢筋拉应力验算 使用阶段正截面抗裂验算 使用阶段斜截面抗裂验算 使用阶段正截面压应力验算 使

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1 空心板梁格分析目录 1 空心板梁格分析 桥梁概况 主要设计技术指标 计算原则 空心板横断面几何尺寸 主要材料及空心板钢束布置 施工流程说明 建模分析 模型概述 建模要点 定义组 定义材料与截面 建立节点与单元 定义荷载工况类型 定义静力荷载 定义预应力荷载 定义移动荷载 定义边界 定义施工阶段 将荷载转化成质量 分析控制定义 定义施工阶段分析控制对话框 定义特征值分析控制对话框, 得到竖向基频 定义主控数据和移动荷载分析控制对话框 结合规范进行设计 荷载组合与 PSC 设计定义 荷载组合... 28

2 PSC 设计定义 施工阶段法向压应力验算 受拉区钢筋拉应力验算 使用阶段正截面抗裂验算 使用阶段斜截面抗裂验算 使用阶段正截面压应力验算 使用阶段斜截面主压应力验算 使用阶段正截面抗弯验算 使用阶段斜截面抗剪验算 使用阶段抗扭验算 结论... 36

3 1 空心板梁格分析 1.1 桥梁概况 主要设计技术指标 (1) 桥梁设计基准期 100 年 (2) 结构设计安全等级一级 (3) 桥面宽度 : 横断面布置 :0.5 米护栏 +11 米行车道 +0.5 米护栏 =12.0 米 (4) 设计荷载 1) 永久荷载钢结构容重 78.5KN/m 3, 钢筋混凝土容重 25KN/m 3, 护栏 9.5KN/m 10cm 厚混凝土铺装和 9cm 厚沥青混凝土铺装容重 25KN/m 3 基础变位作用 : 考虑 0.01m 基础不均匀沉降作用 2) 可变荷载汽车荷载 : 公路 Ⅰ 级车道荷载的均布荷载标准值 qk=10.5kn/m; 车道荷载计算弯矩时,Pk=245.04KN, 车道荷载计算剪力效应时,Pk=1.2*245.04= KN 汽车冲击力 : 按 公路桥涵设计通用规范 (JTG D ) 规定取值 本例题没有考虑汽车制动力, 用户可按 公路桥涵设计通用规范 (JTG D ) 规定取值 温度荷载 : 均匀温升按 34 温降按-3 考虑 ; 温度梯度按 公路桥涵设计通用规范 (JTG D ) 第 条的规定取值 3) 偶然荷载地震荷载 : 地震烈度为 8 度, 地震动峰值加速度为 0.2g, 场地特征周期为 0.40s; 建筑场地较良好 本例题没有考虑汽车撞击力, 用户可按 公路桥涵设计通用规范 (JTG D ) 规定取值 (5) 桥面纵坡 :0.5% (6) 桥面横坡 : 车行道单向 ( 向外侧 )2.0%

4 1.1.2 计算原则 (1) 执行 公路桥涵设计通用规范 (JTG D ) 和 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D ) (2)10cm 厚现浇 C50 混凝土和护栏不参与结构受力, 仅作为恒载施加 ; 封锚端 C30 混凝土以恒载施加 ; 模型模拟时, 忽略桥梁横坡 纵坡对结构的影响 (3) 按 A 类构件设计 (4) 边界条件 : 矩形板式橡胶支座约束用弹性支承进行模拟, 弹簧系数 SDy=SDz= E+03 kn/m;sdx= e+06kn/m 空心板横断面几何尺寸 图 中板 - 中截面 ( 尺寸单位 :cm) 图 中板 - 支截面 ( 尺寸单位 :cm) 图 边板 - 中截面 ( 尺寸单位 :cm) 图 边板 - 支截面 ( 尺寸单位 :cm)

5 1.1.4 主要材料及空心板钢束布置 (1) 混凝土空心板 铰缝采用 C50 混凝土 桥面混凝土铺装采用 C50 防水混凝土 其轴心抗压强度设计值为 fcd=22.4mpa, 轴心抗拉强度设计值为 ftd=1.83 Mpa, 弹性模量为 Ec=3.45E+04 Mpa; 封锚端采用 C30 混凝土, 其轴心抗压强度设计值为 fcd=13.8mpa, 轴心抗拉强度设计值为 ftd=1.39 Mpa, 弹性模量为 Ec=3.00E+04 Mpa (2) 预应力钢筋和普通钢筋预应力钢绞线采用 φ j 15.2 高强度低松弛钢绞线, 其标准强度为 fpk=1860 Mpa, 张拉控制应力采用 0.75fpk=1395 Mpa, 弹性模量为 Eh=1.95E+05 Mpa 钢绞线孔道采用预埋桥梁用塑料波纹管, 波纹管外径 D=77mm 预应力筋与管道壁摩擦系数 μ=0.17, 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数 K=0.0015, 预应力钢绞线松驰系数 0.3 锚具采用 YM-6 7 钢束两端张拉时, 两端锚具变形及钢束回缩变形值均为 6mm 普通钢筋采用 R235 HRB335 级 R235 抗拉 抗压强度设计值 fsd fsd 均为 195Mpa, 弹性模量为 Es=2.1E+05 Mpa HRB335 抗拉 抗压强度设计值 fsd fsd 均为 285Mpa, 弹性模量为 Es=2.05 E+05 Mpa (3) 空心板钢束布置预应力钢束布置见图 ~ 图 预应力钢束规格及锚下张拉控制应力见表 图 钢束立面布置图 ( 尺寸单位 :cm)

6 图 钢束中板 - 中 ( 尺寸单位 :cm) 图 钢束中板 - 支 ( 尺寸单位 :cm) 图 钢束边板 - 中截面 ( 尺寸单位 :cm) 图 钢束边板 - 支 ( 尺寸单位 :cm) 预应力钢束规格及锚下张拉控制应力表 钢束 编号 锚具规格及张拉控制应力 中板束数边板束数 σ con (MPa) N N 施工流程说明 流程一 : 预制空心板, 并进行混凝土洒水养护, 保持混凝土面处于 80% 潮湿状态, 连续养护 7 天止, 保证混凝土强度达到 80% 以上 流程二 : 混凝土拆模 预应力钢束编束 穿束共历时 3 天 流程三 : 张拉预应力底层预应力钢束 N1, 孔道压浆, 历时 1 天 流程三 : 张拉预应力顶层预应力钢束 N2, 孔道压浆, 历时 1 天

7 流程四 : 存梁后并进行预制空心板的吊装就位, 历时 20 天 流程五 : 现浇空心板间铰缝, 并浇筑边板护栏和桥面铺装, 历时 1 天 流程六 : 分别考虑空心板三年和十年的收缩徐变效应 1.2 建模分析 模型概述 本模型中所有结构均采用梁单元模拟 模型中节点总数 537 个, 梁单元总数 654 个, 见图 所示 每片空心板梁底部均采用弹性连接进行板式橡胶支座刚度的等效模拟, 体现三个平动方向的约束刚度 ; 采用材料容重为 0 的虚拟横梁进行纵梁间的横向联系, 并且释放虚拟横梁的梁端约束, 形成铰接, 见图 所示 图 铰接空心板成桥总体模型 图 空心板梁横向铰接连接

8 1.2.2 建模要点 定义组 在 树形菜单 > 组 中, 根据施工流程, 按照可识别的名称分别进行 结构组 荷载 组 边界组 的定义, 见图 图 定义组图 定义材料与截面 在 模型 > 材料和截面特性 > 材料 中, 定义空心板 C50 的混凝土材料 虚拟横梁 容重为 0 的 C50 混凝土材料 预应力钢束 Strand1860 的钢材材料, 见图 在 模型 > 材料和截面特性 > 截面 中, 分别定义虚拟横梁截面和空心板截面, 见图 ~ 图 空心板截面采用 设计截面 中的 设计用数值截面, 选择 截面数据 中的 从 SPC 导入 进行截面定义, 见图 所示 虚拟横梁截面采用 数值 截面中的 实腹长方形截面 进行 H=1m B=0.2m 的等效刚度的定义, 见图 所示

9 图 定义材料图 图 定义截面图

10 图 定义空心板截面图 图 定义虚拟横梁截面图

11 建立节点与单元 将 Excel 表格中的节点坐标数据复制后, 粘贴在 树形菜单 > 表格 > 节点 中, 见表 和图 Excel 表格 表 节点号 X(m) Y(m) Z(m) 图 节点表格 连接空心边板 1 开始节点 ( 节点 1) 和结束节点 ( 节点 25), 建立单元, 并交叉分割, 生成 24 个空心边板 1 单元, 并赋予相应的截面, 见图 在 模型 > 单元 > 复制和移动 中, 见图 选择空心边板 1 所有单元, 进行坐标 轴 y 方向, 间距 9@1.18m 的其它 9 片空心板梁的复制生成, 并赋予相应的截面, 见图 根据支座的位置, 建立支座的空间节点

12 图 空心边板 1 图 复制单元图 图 空心板单元图

13 定义荷载工况类型 在 荷载 > 静力荷载工况 中, 定义荷载类型, 见图 施工阶段荷载 (CS) 仅在施工阶段分析时起作用, 在 PostCS 阶段不起作用 为了避免相同的荷载重复作用, 对于在施工阶段作用的荷载, 其荷载类型最好定义为 施工阶段荷载 (CS) 图 定义静力荷载工况图 定义静力荷载 在 荷载 > 自重 中, 定义 自重 荷载 ; 在 荷载 > 梁单元荷载 中, 定义 二期铺装 和 护栏 荷载 ; 在 荷载 > 温度荷载 > 系统温度 中, 定义 升温 和 降温 荷载 ; 在 荷载 > 温度荷载 > 梁截面温度 中, 定义 梯度升温 和 梯度降温 荷载 相关荷载数值, 请参考模型 22m 空心板梁格模型

14 定义预应力荷载 在 荷载 > 预应力荷载 > 钢束特性值 中, 定义 钢束特性值, 见图 图 钢束特性值定义图在 荷载 > 预应力荷载 > 钢束布置形状 中, 定义钢束形状, 见图 将生成的空心边板 1 的 钢束 1 和 钢束 2 进行复制, 生成空心边板 1 的 钢束 3 和 钢束 4 最后将空心边板 1 的 4 根钢束按照间距 9@1.18m 进行复制, 分别生成其它 9 片空心板梁的钢束形状, 见图

15 图 钢束布置形状定义图 图 钢束图 在 荷载 > 预应力荷载 > 钢束预应力荷载 中, 定义预应力荷载 钢束均两端张拉, 张拉

16 控制应力 σ con = 1395MPa 见图 和图 图 钢束预应力荷载

17 图 钢束预应力荷载表图 定义移动荷载 在 荷载 > 移动荷载分析数据 > 移动荷载规范 中, 选择相应国家移动荷载规范, 见图 图 移动荷载规范定义图

18 在 荷载 > 移动荷载分析数据 > 车道 中, 定义移动荷载车道, 见图 对于梁格 模型, 车辆荷载的分布 选用 横向联系梁 图 移动荷载车道定义图 在 荷载 > 移动荷载分析数据 > 车辆 中, 定义 标准车辆荷载, 见图

19 图 标准车辆荷载定义图

20 在 荷载 > 移动荷载分析数据 > 移动荷载工况 中, 定义移动荷载工况, 见图 图 移动荷载工况定义图 定义边界 在 模型 > 边界条件 > 刚性连接 中, 进行空心板顶部与底部 ( 支座顶部 ) 的刚性连接, 见图 在 模型 > 边界条件 > 弹性连接 中, 进行支座顶部与底部的的连接, 生成支座单元, 体现支座的刚度特性, 见图 在 模型 > 边界条件 > 节点弹性支承 中, 进行空心板梁预制时, 临时模板满堂支承模拟, 见图 在 模型 > 边界条件 > 一般支承 中, 支座底部固结模拟, 见图 在 模型 > 边界条件 > 释放梁端约束 中, 进行横梁梁端部约束释放, 形成铰接梁格体系, 见图

21 图 空心板顶 底部刚接 图 支座单元弹性连接定义图

22 图 临时模板满堂支承定义图 图 支座底部固结支承定义图 图 释放横梁梁端部约束

23 定义施工阶段 空心板梁桥施工流程在软件中共划分为 7 个施工阶段, 各施工阶段说明见表 预应力钢束规格及锚下张拉控制应力表 施工阶段名称 持续时间 (d) 施工阶段说明 01 空心板预制 3 激活预制空心板梁 ( 养护材龄为 7 天 ) 激活空心板模板满堂支承 和简支支座 激活自重 02 张拉钢束 N1 1 预制场张拉底部钢束 N1 03 张拉钢束 N2 1 预制场张拉顶部钢束 N2 04 预制场存梁 20 预制场存梁 20d 05 上二期铺装护栏等 1 钝化空心板模板满堂支承并激活横向联系梁组 ( 现浇铰缝 ) 现浇 护栏和桥面铺装 06 三年收缩徐变 1000 考虑 3 年的收缩徐变影响 07 十年收缩徐变 2650 考虑 10 年的收缩徐变影响 在 荷载 > 施工分析分析数据 > 定义施工阶段 中进行定义, 见图 图 定义施工阶段

24 将荷载转化成质量 在 模型 > 结构类型 中, 将 自重 转化为 质量, 见图 图 自重转化为质量图 在 模型 > 质量 > 将荷载转化为质量 中, 将带有质量块的荷载二期铺装和防撞护栏转化 为质量 ( 规范中说可不需转化, 此处请用户自己判断 )

25 图 荷载转化质量 分析控制定义 定义施工阶段分析控制对话框 在 分析 > 施工阶段分析控制 中定义, 见图

26 图 施工阶段分析控制 定义特征值分析控制对话框, 得到竖向基频 进行移动荷载分析前, 先通过特征值分析功能, 得到结构的竖向基频 在 分析 > 特征 值分析控制 中, 定义 特征值分析控制, 见图 通过特征值分析, 得到结构的 竖向基频为 3.8Hz

27 图 特征值分析定义 定义主控数据和移动荷载分析控制对话框 在 分析 > 主控数据 中定义, 见图 图 主控数据定义 在 分析 > 移动荷载分析控制数据 中定义, 见图

28 图 移动荷载分析控制数据定义 1.3 结合规范进行设计 荷载组合与 PSC 设计定义 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, 见图 和图

29 图 荷载组合 midas Civil 自动生成的荷载组合完全与规范规定相吻合 ( 例如 : 按照 04 规范做公路混凝土桥梁设计, 那么自动生成的荷载组合就是按照 04 通规生成的 ) 如果要结合规范做混凝土设计的话, 程序只调取 混凝土设计 列表中的荷载组合, 然后结合规范进行设计 承载能力 荷载组合用来进行结构的承载力 ( 正截面抗弯 斜截面抗剪 抗扭等 ) 验算 使用性能 荷载组合不勾选 E 用来进行结构的截面抗裂验算 ( 对于 A 类预应力混凝土构件进行正截面抗裂验算时, 要考虑在荷载长期效应组合下的验算, 但此时规定的荷载长期效应系指结构恒载和直接施加于桥上的活荷载产生的效应组合, 不考虑间接施加于桥上其他作用效应 此时程序在验算时, 会自动屏蔽掉间接荷载效应 ) 使用性能 荷载组合勾选 E ( 表示弹性验算荷载组合 ) 用来进行结构的截面抗压验算 受拉区钢筋的拉应力验算

30 图 混凝土设计荷载组合 PSC 设计定义 在 设计 >PSC 设计 > PSC 设计参数 中, 选择设计规范, 进行设计参数定义, 见图

31 图 PSC 设计参数定义图 在 设计 >PSC 设计 > PSC 设计材料 中, 选择设计规范, 进行设计参数定义, 见图 图 PSC 设计材料定义图在 设计 >PSC 设计 > PSC 设计截面位置 中, 选择相应单元进行设计验算定义, 见图 ; 在 设计 >PSC 设计 > PSC 设计计算书输出内容 中, 选择相应单元进行计算书输出内容定义, 见图

32 图 PSC 设计截面位置定义 图 PSC 设计计算书输出选项定义 施工阶段法向压应力验算 图 施工阶段法向压应力验算

33 1.3.3 受拉区钢筋拉应力验算 图 受拉区钢筋拉应力验算 使用阶段正截面抗裂验算 图 使用阶段正截面抗裂验算 使用阶段斜截面抗裂验算 图 使用阶段斜截面抗裂验算

34 1.3.6 使用阶段正截面压应力验算 图 使用阶段正截面压应力验算 使用阶段斜截面主压应力验算 图 使用阶段斜截面主压应力验算 使用阶段正截面抗弯验算

35 图 使用阶段正截面抗弯验算 使用阶段斜截面抗剪验算 图 使用阶段斜截面抗剪验算 使用阶段抗扭验算 图 使用阶段抗扭验算

36 1.4 结论 对于铰接式空心板梁桥, 空间梁格模拟关键在于板梁与板梁间的横向连接的等效处理 倘若纵梁间的接缝连接在横桥向抗弯刚度比较小时, 则此处可以近似进行铰接处理, 即横梁 在接缝处释放梁端约束, 形成铰接

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