1、Bridging Your Innovation to Reality 2011/5/18目 錄1 橋梁概況- 1 -1.1 主要設計指標- 1 -1.2 相關計算參數- 1 -1.3 相關設計依據- 1 -1.4 一般構造及鋼束布置- 1 -1.4.1 一般構造- 1 -1.4.2 鋼束布置- 2 -1.5 施工過程- 4 -2 建模分析- 5 -2.1 模型概述- 5 -2.2 建模要點- 5 -2.2.1 定義材料與截面- 5 -2.2.2 定義節點、單元及邊界條件- 7 -2.2.3 定義時間依存材料特性- 7 -2.2.4 定義靜力荷載工況- 8 -2.2.5 定義預應力荷載- 9

2、-2.2.6 定義移動荷載- 10 -2.2.7 定義支座沉降- 11 -2.2.8 定義施工階段- 12 -2.2.9 定義結構質量- 12 -2.2.10 定義梁的有效寬度- 12 -2.3 分析控制定義- 13 -2.3.1 定義施工階段分析控制- 13 -2.3.2 定義移動荷載分析控制- 13 -2.3.3 定義特征值分析控制- 14 -2.3.4 定義主控數據- 14 -3 結合規范進行設計- 14 -3.1 定義荷載組合- 14 -3.2 定義PSC設計- 15 -3.2.1 定義PSC設計參數- 15 -3.2.2 定義PSC設計材料- 15 -3.2.3 定義PSC設計截面位

3、置- 15 -3.2.4 定義PSC設計計算書輸出內容- 15 -3.3 PSC設計結果- 16 -3.3.1 正截面抗彎強度驗算- 16 -3.3.2 斜截面抗剪強度驗算- 16 -3.3.3 抗扭強度驗算- 16 -3.3.4 正截面抗裂驗算- 17 -3.3.5 斜截面抗裂驗算- 17 -3.3.6 施工階段應力驗算- 17 -3.3.7 受拉區預應力鋼筋拉應力驗算- 18 -3.3.8 正截面壓應力驗算- 18 -3.3.9 斜截面壓應力驗算- 18 -1 橋梁概況1.1 主要設計指標該橋是某一級公路上一座（25m+35m+25m）預應力混凝土等截面連續梁橋，橫橋向寬度為12.5m，下

4、部結構采用雙柱框架墩，承臺接鉆孔灌注樁基礎。 1）橋梁設計基準期100年；2）結構設計安全等級一級，A類構件；3）橫向布置：雙幅橋，雙向4車道；4）橋梁全寬：0.5m（外側護欄）+11.5m（行車道）+0.5m（內側護欄）+0.4m（中央分隔帶）+0.5m（內側護欄）+11.5m（行車道）+0.5m（外側護欄）；5）設計洪水頻率：1/300，設計流量：7150m3/s；6）設計恒載：鋼結構容重78.5KN/m3，鋼筋混凝土容重26KN/m3，混凝土鋪裝和瀝青混凝土鋪裝容重24KN/m3；7）可變荷載：汽車荷載：公路級車道荷載的均布荷載標準值kN/m；車道荷載集中荷載標準值，KN，車道荷載計算剪

5、力效應時，考慮1.2的系數，KN；汽車沖擊力：按公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2004）規定取值。1.2 相關計算參數該橋采用后張法預應力施工，結構驗算考慮了施工和使用階段中預應力損失以及預應力、溫度、混凝土收縮徐變等引起的次內力對結構的影響。相關計算參數如下所示：1）二期恒載：橋面鋪裝：0.1×11.5×24=27.6 KN/m；防撞護欄：0.325×26=8.5KN/m；波形護欄：0.253×26=6.6 KN/m；橫梁實心：4.410×26=114.66 KN/m；2）預應力管道每米局部偏差對摩擦的影響系數：；3）對于預應力鋼筋與

6、管道壁的摩擦系數： ；4）鋼筋松弛系數，級（低松弛），；5）錨具變形和接縫壓縮值：（單端）；6）混凝土收縮齡期3天，加載齡期7天；7）考慮支座不均勻沉降：邊跨6.25mm，中跨8.75mm；8）箱梁的有效寬度按公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004第條計算；9）豎向日照溫差：，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5；10）年最高氣溫：34； 年最低氣溫：-23；施工溫度為10。整體升溫溫差：24；整體降溫溫差：-33；1.3 相關設計依據1）公路工程技術標準（JTG B01-2003）；2）公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2004）；3）公路鋼筋混凝土及預應力混凝

7、土橋涵設計規范（JTG D62-2004）；4）公路橋涵地基與基礎設計規范（JTG D63-2007）；1.4 一般構造及鋼束布置1.4.1 一般構造結構采用C50混凝土、橋面混凝土鋪裝采用C50防水混凝土。其軸心抗壓強度設計值為Mpa，軸心抗拉強度設計值為 Mpa，彈性模量為Mpa。 橋梁結構的總體布置如圖1-1和圖1-2所示：圖1-1 邊跨25m構造圖圖1-2 中跨35m構造圖 1.4.2 鋼束布置預應力鋼絞線采用高強度低松弛鋼絞線，其標準強度為Mpa，張拉控制應力采用1395 Mpa，彈性模量為Mpa。鋼絞線孔道采用預埋橋梁用塑料波紋管，波紋管外徑D=77mm。預應力筋與管道壁摩擦系數，

8、管道每米局部偏差對摩擦的影響系數，預應力鋼絞線松馳系數0.3。普通鋼筋采用R235、HRB335級。R235抗拉、抗壓強度設計值、均為195Mpa，彈性模量為Mpa。HRB335抗拉、抗壓強度設計值、均為285Mpa，彈性模量為Mpa。結構斷面布置及預應力鋼束布置如圖1-3、1-4和1-5所示：圖1-3 邊跨25m鋼束布置示意圖圖1-4 中跨35m鋼束布置示意圖圖1-5 各斷面鋼束布置示意圖1.5 施工過程 結構采用滿堂支架施工，具體如圖1-6所示。圖1-6 結構施工流程示意圖2 建模分析2.1 模型概述本章以桿系理論為基礎進行全橋整體結構分析，構件類型為A類預應力構件。其設計安全等級為一級，

9、構件制作方法為現澆。采用梁單元建立模型。其中梁單元共計80個，節點97個，結構離散圖見圖2-1。圖2-1 全橋結構離散圖 結構的邊界條件如圖2-2所示，在實際支座位置建立節點，而后將主梁節點與支座頂節點用“剛性連接”進行連接，而后將支座節點往下復制20cm，兩者之間用彈性連接模擬支座，最后在支座底節點用固定支撐進行約束。圖2-2 結構邊界條件示意圖全橋采用整體支架現澆，先在支架上澆筑混凝土，養護至規定強度后張拉預應力鋼筋，最后進行橋面施工，具體施工階段劃分見表2-1。表2-1 施工階段劃分NO.周期(d)說明130澆筑中跨混凝土，張拉鋼束；230澆筑邊跨混凝土，張拉鋼束；330橋面鋪裝施工，拆

10、除支架；43650十年收縮徐變；2.2 建模要點2.2.1 定義材料與截面在“模型>材料和截面特性>材料”中，定義 “C50”的混凝土材料、預應力鋼束材料，如圖2-3所示。在“模型>材料和截面特性>截面”中，分別定義結構跨中截面與支點截面，如圖2-4所示。圖2-3 結構材料定義示意圖圖2-4 截面定義示意圖注：若要結合規范進行PSC設計，在定義截面的時候，需要選擇“設計截面”中進行定義，同時對于截面中的“剪切驗算位置”及“驗算用腹板厚度”需要定義，否則會提示“PSC設計數據失敗”。 對于跨中截面及支點截面具體參數如圖2-5所示，最后再定義“支點-跨中”及“跨中-支點”的

11、變截面，具體如圖2-6所示。圖2-5 跨中及支點截面示意圖圖2-6 支點-跨中變截面示意圖2.2.2 定義節點、單元及邊界條件在程序中可以用交互輸入的方式定義節點與單元，也可以利用與Excel數據交換的功能，建立模型，在此推薦用后面的方式，能大幅提高建模及分析的效率。將Excel表格中的節點坐標（表2-2所示）數據復制后，粘貼在“樹形菜單>表格>節點”中，生成相應節點 如圖2-7所示。表2-2 Excel中節點坐標表注：導入數據的時候，需要保證兩者的單位統一，否則導入后計算出錯。同時對于從CAD中導入平面線型，打開消隱，在midas Civil中顯示是x-y平面上，若要將其調整至是

12、x-z平面上，可以將“節點表格”的數據，拷入Excel中，而后對y和z的坐標進行互換，而后將修正后的坐標重新粘貼至“節點表格”中即可。同時還可以利用表格的功能，進行荷載、邊界條件定義，非常方便。圖2-7 模型中節點坐標連接節點1和節點81，建立單元，并交叉分割，生成全橋單元，并賦予相應的截面，最后根據支座的位置，建立支座的空間節點，定義相應的邊界條件，見圖2-8所示。圖2-8 定義節點單元及邊界 注：在端橫梁和中橫梁處，建議不用實心截面進行模擬，用旁邊的空心截面進行模擬，同時實心部分用等效荷載的方式代替；若用實心截面代替，則此處的中性軸有較大的突變，對于計算結果讀取反而有影響，具體說明可以參考

13、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004）中第4.2.6條的規定。2.2.3 定義時間依存材料特性在“模型>材料和截面特性>時間依存材料（徐變/收縮）”中，定義C50混凝土收縮徐變特性，具體如圖2-9所示。圖2-9 定義混凝土收縮徐變特性注：定義收縮徐變時，需要注意標號強度不要輸錯，對于C50混凝土的定義，許多工程師經常輸入5000KN/m2，導致后續計算中出現奇異或警告等信息；同時由于單元的構件理論厚度都不一樣，因此在此先輸入一個非0值，最后利用“修改單元時間依存材料特性”的功能，重新計算構件理論厚度，如圖2-10所示。圖2-10 修改單元的構件理論厚度

14、2.2.4 定義靜力荷載工況在“荷載>靜力荷載工況”中，定義荷載工況類型，如圖2-11所示。“施工階段荷載（CS）”僅在施工階段分析時起作用，在成橋階段不起作用。為了避免在進行自動荷載組合時，發生相同荷載重復作用，建議在施工階段作用的荷載，其荷載類型最好定義為“施工階段荷載（CS）”。圖2-11 定義靜力荷載工況而后分別定義自重，二期，橫梁自重等，溫度等荷載工況，具體數值詳見模型“連續梁橋設計”。注：在模型中，在定義整體升降溫和梁截面溫度時，為了防止出現錯誤，建議初始溫度選擇0。對于midas Civil中，混凝土重量為25KN/m3，若要將其改成26KN/m3，可以在自重工況考慮-1.

15、04的系數，如圖2-12所示。圖2-12 定義自重工況2.2.5 定義預應力荷載在“荷載>預應力荷載>鋼束特征值”中，定義鋼束特征值，如圖2-13所示。圖2-13 定義鋼束特征值注：定義鋼束特征值時，對于導管直徑不要輸錯，有很多工程師，把導管直徑定義為0.9m，導致計算中出現歧義，容易對計算者產生誤導，檢查邊界條件，而不會注意到鋼束特征值的問題。在“荷載>預應力荷載>鋼束布置形狀”中，先定義中跨的中腹板鋼束，依據鋼束線型，選用“直線”，輸入坐標數據；而后再將生成好的鋼束，進行左右復制，分別定義中跨邊腹板的鋼束，按同樣的方法，完成邊跨腹板鋼束的定義，如圖2-14所示。注：

16、定義鋼束形狀時，對于無應力場長度，在國外相關規范中有規定，若按中國規范進行分析，可不需定義。圖2-14 定義鋼束形狀在“荷載>預應力荷載>鋼束預應力荷載”中，定義鋼束的張拉控制應力，對于結構的中跨鋼束，采用兩端張拉，對于邊跨鋼束，采用鋼束連接器進行連接，采用單端張拉，張拉控制應力為1395MPa，具體如圖2-15所示，張拉應力表格數值如圖2-16所示。圖2-15 定義鋼束張拉控制應力圖2-16 鋼束張拉控制應力表2.2.6 定義移動荷載在“荷載>移動荷載分析數據>移動荷載規范”中，選擇中國移動荷載規范，如圖2-17所示。圖2-17 選擇移動荷載規范在“荷載>移動荷

17、載分析數據>車道”中，定義移動荷載車道，如圖2-18所示。圖2-18 定義移動荷載車道注：在定義車道時，對于單梁模型，選用“車道單元”的方式定義車道；若對于梁格模型，建議用“橫向聯系梁”的方式定義車道。若采用新規范進行驗算，“跨度”取全橋最不利跨徑，同時“跨度始點”可不定義。“跨度”有兩個作用，確定車道荷載集中荷載的大小；同時還確定移動荷載的縱向折減系數大小。在“荷載>移動荷載分析數據>車輛”中，定義“標準車輛荷載”，如圖2-19所示。圖2-19 定義移動荷載標準車輛在“荷載>移動荷載分析數據>移動荷載工況”中，定義移動荷載工況，如圖2-20所示。圖2-20 定義

18、移動荷載工況定義移動荷載工況時，若只有一個荷載子工況，選擇“組合”或“單獨”，對結果沒有影響，當存在兩個子工況時，才會存在差別。在midas Civil中，是對結構進行空間分析，車道按實際車道線進行定義，因此不需要定義橫向分布系數。若要在程序中采用橫向分布系數的算法，可以在“子荷載工況”中定義“系數”進行求解。對于多車道橫向折減系數，程序按規范要求提供默認值，特殊情況下，可以手動修改橫向折減系數，滿足計算要求。2.2.7 定義支座沉降 在“荷載>支座沉降分析數據>支座沉降組”中，定義各支座的沉降量，需要注意，支座的沉降量有矢量性，向下沉降是要定義成負值。最后相應的荷載工況，具體如圖

19、2-21所示。圖2-21 定義支座沉降組2.2.8 定義施工階段 在“模型>組”中定義結構組、荷載組、邊界組，并賦予各組實際內容，具體如圖2-22所示。圖2-22 定義結構組、邊界組、荷載組 全橋劃分為4個施工階段，具體施工過程如表2-2所示。在“荷載>施工階段分析數據>定義施工階段”，定義各施工階段如圖2-23所示。圖2-23 定義結構施工階段2.2.9 定義結構質量 在“模型>結構類型”中，將自重轉化為質量，如圖2-24所示。圖2-24 定義結構質量注：一般的梁橋，第一階振型往往是豎向，這時直接取豎向的一階頻率計算移動荷載沖擊系數即可；但當支座橫向較小時候，第一階振

20、型可能為水平向，此時若取此頻率值計算沖擊系數就不合適了，因此為了避免求出水平向的振型，可將自重只轉化為Z向質量。對于是否將“二期鋪裝”轉換為質量加載在結構上，對于公路橋梁，按公路橋梁設計規范答疑匯編（中交公路規劃設計院）P60的解釋，不建議將二期鋪裝轉換為質量加載結構上，質量較小，沖擊系數較大，考慮偏安全設計。2.2.10 定義梁的有效寬度當梁體寬度較大時，需要考慮梁體的有效寬度對應力的影響，可在“模型>結構建模助手>PSC橋梁>”定義箱梁有效寬度。首先定義“模型>結構建模助手>PSC橋梁>跨度信息”，如圖2-25所示。而后定義“模型>結構建模助手&g

21、t;PSC橋梁>有效寬度”，程序可依據公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004）P16的要求，在邊界條件中，生成相應的折減系數，具體如圖2-26所示，在最后一個施工階段中，把相應的邊界組激活即可。圖2-25 定義跨度信息圖2-26 生成相應的邊界組2.3 分析控制定義2.3.1 定義施工階段分析控制圖2-27 定義施工階段分析控制 在“分析>施工階段分析控制”中，定義施工階段分析控制數據，具體如圖2-27所示。2.3.2 定義移動荷載分析控制在“分析>移動荷載分析控制”中，定義移動荷載分析控制數據，具體如圖2-28所示。圖2-28 定義移動荷載分析控

22、制注：第一次求解時，不知道結構的基頻是多少，可暫時輸入1，運行特征值分析后，再將結構的基頻準確輸入。“影響線加載”適用于公路橋梁加載，“所有點加載”適用于鐵路橋梁加載，同時若要在結果中輸出移動荷載作用下應力，需要勾選“桿系單元>應力”。2.3.3 定義特征值分析控制在“分析>特征值分析控制”中，定義特征值分析控制數據，具體如圖2-29所示。圖2-29 定義特征值分析控制2.3.4 定義主控數據在“分析>主控數據”中，定義特征值分析控制數據，具體如圖2-30所示。圖2-30 定義主控數據注：可在“主控數據”中，控制是否在計算中鋼筋對截面剛度的貢獻；同時對于在應力計算中是否考慮截

23、面剛度調整系數，也可進行控制。3 結合規范進行設計3.1 定義荷載組合在“結果>荷載組合”中，選擇“混凝土設計”中的“自動生成”，生成荷載組合，見圖3-1和3-2。圖3-1 定義荷載相關參數圖3-2 定義荷載相關參數利用midas Civil自動生成的荷載組合完全與規范規定相吻合。若要結合規范做混凝土設計，程序只調取“混凝土設計”列表中的荷載組合，然后結合規范進行設計。“承載能力”荷載組合用來進行結構的承載力（正截面抗彎、斜截面抗剪、抗扭等）驗算。“使用性能”荷載組合不勾選“E”用來進行結構的截面抗裂驗算（對于A類預應力混凝土構件進行正截面抗裂驗算時，要考慮在荷載長期效應組合下的驗算，但

24、此時規定的荷載長期效應系指結構恒載和直接施加于橋上的活荷載產生的效應組合，不考慮間接施加于橋上其他作用效應。此時程序在驗算時，會自動屏蔽掉間接荷載效應）。 “使用性能”荷載組合勾選“E”（表示彈性驗算荷載組合）用來進行結構的截面抗壓驗算、受拉區鋼筋的拉應力驗算。3.2 定義PSC設計3.2.1 定義PSC設計參數 在“設計>PSC設計>PSC設計參數”中定義PSC設計相關參數，如圖3-3所示。圖3-3 定義PSC設計參數3.2.2 定義PSC設計材料在“設計>PSC設計>PSC設計材料數”中定義PSC設計相關材料，如圖3-4所示。 注：結合公路橋涵設計通用規范（JTG

25、D60-2004）進行設計時，混凝土及鋼筋材料必須要選擇JTG04的材料，否則程序會提示PSC設計數據失敗。圖3-4 定義PSC設計材料3.2.3 定義PSC設計截面位置在“設計>PSC設計>PSC設計位置”中定義PSC設計位置，如圖3-5所示。圖3-5 定義PSC設計位置3.2.4 定義PSC設計計算書輸出內容在“設計>PSC設計>PSC設計計算書輸出內容”中定義計算書輸出內容，如圖3-6所示。圖3-6 定義PSC設計計算書輸出內容3.3 PSC設計結果 正截面抗彎強度驗算根據規范公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004），第的規定，需進行使

26、用階段正截面抗彎強度驗算。圖3-7 正截面抗彎驗算數值表格圖3-8 最大彎矩包絡圖圖3-9 最小彎矩包絡圖根據彎矩包絡圖（如圖3-8和圖3-9所示）可知，所有截面的內力均小于截面的抗力，滿足規范要求。3.3.2 斜截面抗剪強度驗算根據規范公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004），第的規定，需進行使用階段斜截面抗剪驗算。根據剪力包絡圖（如圖3-11和圖3-12所示）可知，所有截面的內力均小于截面的抗力，滿足規范要求。圖3-10 斜截面抗剪驗算數值表格圖3-11 最大剪力包絡圖圖3-12 最小剪力包絡圖3.3.3 抗扭強度驗算根據規范公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計

27、規范（JTG D62-2004），第的規定，需進行使用階段截面抗扭驗算。根據扭矩包絡圖（如圖3-14所示）可知，所有截面的內力均小于截面的抗力，滿足規范要求。圖3-13 抗扭驗算數值表格圖3-14 扭矩驗算包絡圖 正截面抗裂驗算根據規范公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004），第和的規定，需進行使用階段正截面抗裂驗算。規范規定：A類預應力混凝土構件，在作用（或荷載）的短期效應的組合下，澆筑構件需滿足；但在長期荷載作用下要滿足。圖3-15 短期應力包絡圖根據短期荷載效應組合下截面法向拉應力圖（如圖3-15所示）可知，在所有的短期組合中，全橋最大拉應力小于1.855MPa ，滿足規范要求。圖3-16 長期應力包絡圖根據長期荷載效應組合下截面法向拉應力圖（如圖3-17所示）可知，在所有長期效應的組合作用下，全橋并未出現拉應力，滿足規范要求。 斜截面抗裂驗算根據規范公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004），第和的規定，需進行