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1、 Bridging Your Innovation to Reality midas Civil 培训专题集 连续梁 桥 设计 专题 钱江 2011/5/18 - 1 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 目 录 1 桥梁概况 . - 1 - 1.1 主要设计指标 . - 1 - 1.2 相关计算参数 . - 1 - 1.3 相关设计依据 . - 1 - 1.4 一般构造及钢束布置 . - 1 - 1.4.1 一般构造 . - 1 - 1.4.2 钢束布置 . - 2 - 1.5 施工过程 . - 4 - 2 建模分析 . - 5 - 2.1 模型概述 . -

2、5 - 2.2 建模要点 . - 5 - 2.2.1 定义材料与截面 . - 5 - 2.2.2 定义节点、单元及边界条件 . - 7 - 2.2.3 定义时间依存材料特性 . - 7 - 2.2.4 定义静力荷载工况 . - 8 - 2.2.5 定义预应力荷载 . - 9 - 2.2.6 定义移动荷载 . - 10 - 2.2.7 定义支座沉降 . - 11 - 2.2.8 定义施工阶段 . - 12 - 2.2.9 定义结构质量 . - 12 - 2.2.10 定义梁的有效宽度 . - 12 - 2.3 分析控制定义 . - 13 - 2.3.1 定义施工阶段分析控制 . - 13 - 2

3、.3.2 定义移动荷载分析控制 . - 13 - 2.3.3 定义特征值分析控制 . - 14 - 2.3.4 定义 主控数据 . - 14 - 3 结合规范进行设计 . - 14 - 3.1 定义荷载组合 . - 14 - 3.2 定义 PSC设计 . - 15 - 3.2.1 定义 PSC设计参数 . - 15 - 3.2.2 定义 PSC设计材料 . - 15 - - 2 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 3.2.3 定义 PSC设计截面位置 . - 15 - 3.2.4 定义 PSC设计计算书输出内容 . - 15 - 3.3 PSC设计结果 . -

4、 16 - 3.3.1 正截面抗弯强度验算 . - 16 - 3.3.2 斜截面抗剪强度验算 . - 16 - 3.3.3 抗扭 强度验算 . - 16 - 3.3.4 正截面抗裂验算 . - 17 - 3.3.5 斜截面抗裂验算 . - 17 - 3.3.6 施工阶段应力验算 . - 17 - 3.3.7 受拉区预应力钢筋拉应力验算 . - 18 - 3.3.8 正截面压应力验算 . - 18 - 3.3.9 斜截面压应力验算 . - 18 - - 1 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 1 桥梁概况 1.1 主要设计指标 该桥 是 某 一级 公路上 一座

5、（ 25m+35m+25m）预应力混凝土等截面连续梁桥 ， 横桥向宽度为12.5m， 下部结构采用 双柱框架墩，承台接钻孔灌注桩基础。 1） 桥梁设计基准期 100年； 2） 结构设计安全等级一级 ， A类构件； 3） 横向 布置： 双幅桥，双向 4车道； 4）桥梁全宽： 0.5m（外侧护栏） +11.5m（行车道） +0.5m（内侧护栏） +0.4m（中央分隔带）+0.5m（内侧护栏） +11.5m（行车道） +0.5m（外侧护栏）； 5）设计洪水频率： 1/300，设计流量：7150m3/s； 6） 设计恒 载 ： 钢结构容重 78.5KN/m3，钢筋混凝土容重 26KN/m3，混凝土铺装

6、和沥青混凝土铺装容重 24KN/m3； 7）可变荷载 ： 汽车荷载：公路 级车道荷载的均布荷载标准值 10.5kq kN/m；车道荷载 集中荷载标准值 ，300kP KN，车道荷载计算剪力效应时， 考虑 1.2的系数， 1.2 300 360kP KN； 汽车冲击力：按公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004）规定取值。 1.2 相关计算参数 该桥 采用后张法预应力 施工 ，结构验算考虑了施工和使用阶段中预应力损失以及预应力、温度、混凝土收缩徐变等引起的次内力对结构的影响。 相关计算参数如下所示： 1）二期恒载： 桥面铺装： 0.1 11.5 24=27.6 KN/m； 防撞护栏： 0

7、.325 26=8.5KN/m； 波形护栏： 0.253 26=6.6 KN/m； 横梁实心： 4.410 26=114.66 KN/m； 2） 预应力 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数： 0.0015k ； 3） 对于 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数：0.17 ； 4）钢筋松弛系数，级（低松弛）， 0.3 ； 5）锚具变形和接缝压缩值： 6mml （单端）； 6） 混凝土收缩龄期 3天，加载龄期 7天； 7） 考虑 支座不均匀沉降 ： 边跨 6.25mm，中跨8.75mm； 8） 箱梁的有效宽度按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62-2004第4.2.3条计算； 9）竖向

8、日照温差： 1 14T ， 2 5.5T ， 竖向日照反温差为正温差乘以 -0.5； 10） 年最高气温： 34； 年最低气温： -23；施工温度为 10 。 整体升温温差： 24；整体降温温差： -33； 1.3 相关 设计依据 1）公路工程技术标准（ JTG B01-2003） ； 2）公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004） ； 3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62-2004） ； 4）公路桥涵地基与基础设计规范（ JTG D63-2007） ；1.4 一般构造 及钢束 布置 1.4.1 一般构造 结构 采用 C50混凝土、桥面混凝土铺装采用 C50防

9、水混凝土。其轴心抗压强度设计值为 cd 22.4f Mpa，轴心抗拉强度设计值为 td 1.83f Mpa，弹性模量为 E 3.45 04C EMpa。 - 2 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 桥梁结构的总体布置如图 1-1和图 1-2所示： 图 1-1 边跨 25m构造图 图 1-2 中跨 35m构造图 1.4.2 钢束布置 预应力钢绞线采用j15.2高强度低松弛钢绞线，其标准强度为pk 1860f Mpa，张拉控制应力采用pk0.75f 1395 Mpa，弹性模量为 1.95 05hEEMpa。 钢绞线孔道采用预埋桥梁用塑料波纹管，波纹管外径 D=77

10、mm。预应力筋与管道壁摩擦系数 0.17 ，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数 0.0015k ，预应力钢绞线松驰系数 0.3。 普通钢筋采用 R235、 HRB335级。 R235抗拉、抗压强度设计值 sdf 、 sdf 均为 195Mpa，弹性模量为2.1 05SEEMpa。 HRB335抗拉、抗压强度设计值 sdf 、 sdf 均为 285Mpa，弹性模量为 2.05 05SEEMpa。 结构断面布置及预应力钢束布置如图 1-3、 1-4和 1-5所示： 图 1-3 边跨 25m钢束布置示意图 图 1-4 中跨 35m钢束布置示意图 - 3 - midas Civil 2010 培训例题集

11、 连续梁桥设计 专题 图 1-5 各断面钢束布置示意图 - 4 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 1.5 施工过程 结构采用满堂支架施工， 具体如图 1-6所示。 图 1-6 结构施工流程示意图 - 5 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 2 建模分析 2.1 模型概述 本章 以杆系理论为基础进行全桥整体结构分析，构件类型为 A类预应力构件。其设计安全等级为一级，构件制作方法为现浇。 采用梁单元建立模型。其中梁单元共计 80个，节点 97个，结构离散图见图 2-1。 图 2-1 全桥结构离散图 结构的边界条件如图 2-2所示

12、， 在实际支座位置建立节点，而后将主梁节点与支座顶节点用“刚性连接”进行连接，而后将支座节点往下复制 20cm，两者之间用弹性连接模拟支座，最后在支座底节点用固定支撑进行约束。 图 2-2 结构边界条件示意图 全 桥 采用整体支架现浇，先在支架上浇筑混凝土， 养护 至 规定强度后张拉预应力钢筋，最后进行桥面施工，具体施工阶段划分见表 2-1。 表 2-1 施工阶段划分 NO. 周期 (d) 说明 1 30 浇筑 中跨 混凝土 ，张拉钢束； 2 30 浇筑 边跨 混凝土 ，张拉钢束； 3 30 桥面铺装施工 ，拆除支架 ； 4 3650 十年收缩徐变； 2.2 建模要点 2.2.1 定义材料与截

13、面 在“ 模型 材料和截面特性 材料 ”中，定义 “ C50”的混凝土材料、预应力钢束 材料，如 图 2-3所示 。 在“ 模型 材料和截面特性 截面 ”中，分别定义 结构 跨中截面与支点截面 ，如 图 2-4所示 。 - 6 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 图 2-3 结构材料定义示意图 图 2-4 截面定义示意图 注：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”。 对于跨中截面 及支点截面 具体参数如图

14、2-5所示 ，最后再定义“支点 -跨中”及“跨中 -支点”的变截面，具体如图 2-6所示 。 图 2-5 跨中及支点截面示意图 图 2-6 支点 -跨中变截面示意图 - 7 - midas Civil 2010 培训例题集 连续梁桥设计 专题 2.2.2 定义节点 、 单元 及边界条件 在程序中可以用交互输入的方式定义节点与单元， 也可以利用与 Excel数据交换的功能， 建立模型，在此推荐用后面的方式，能大幅提高建模及分析的效率。 将 Excel表格中的节点坐标 （表 2-2所示） 数据复制后，粘贴在“树形菜单 表格 节点”中， 生成相应节点 如图 2-7所示。 表 2-2 Excel中节点

15、坐标表 注：导入数据的时候，需要保证两者的单位统一， 否则导入后计算出错。 同时对于从 CAD中导入平面线型， 打开消隐， 在 midas Civil中显示是 x-y平面上，若要将其调整至是 x-z平面上， 可以将“节点 表格”的数据，拷入 Excel中，而后对 y和z的坐标进行互换，而后将修正后的坐标重新粘贴至“节点 表格”中即可。 同时还可以利用表格的功能，进行荷载、边界条件定义 ，非常方便。 图 2-7 模型中节点坐标 连接节点 1和节点 81，建立单元，并交叉分割，生成全桥单元， 并赋予相应的截面 ， 最后 根据支座的位置，建立支座的空间节点 ，定义相应的边界条件， 见图 2-8所示 。 图 2-8 定义节点单元及边界 注：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 。 2.2.3 定义时间依存材料特性 在“ 模型 材料和截面特性 时间依存材料（徐变 /收缩） ”中， 定义 C50混凝土收缩徐变特性，具体如图 2-9所示。