MIDAS例题4X30连续梁.docx
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MIDAS例题4X30连续梁
4×30m连续梁结构分析
对4*30m结构进行分析的第一步工作是对结构进行分析，确定结构的有限元离散，确定各项参数和结构的情况，并在此基础上进行建模和结构计算。
建立斜连续梁结构模型的详细步骤如下。
1.设定建模环境
2.设置结构类型
3.定义材料和截面特性值
4.建立结构梁单元模型
5.定义结构组
6.定义边界组
7.定义荷载组
8.定义移动荷载
9.定义施工阶段
10.运行结构分析
11.查看结果
12.psc设计
13.取一个单元做横向分析
概要：
在城市桥梁建设由于受到地形、美观等诸多方面的限制，连续梁结构成为其中应用的最多的桥梁形式。
同时，随着现代科技的发展，连续梁结构也变得越来越轻盈，更能满足城市对桥梁的景观要求。
本文中的例子采用一座4×30m的连续梁结构（如图1所示）。
1、桥梁基本数据
桥梁跨径布置：
4×30m＝120；
桥梁宽度：
0.25m（栏杆）＋2.5m（人行道）＋15.0m（机动车道）＋2.5m（人行道）+0.25（栏杆）＝20.5m；
主梁高度：
1.6m；支座处实体段为1.8m；
行车道数：
双向四车道＋2人行道
桥梁横坡：
机动车道向外1.5％，人行道向内1.5％；
施工方法：
满堂支架施工；
图11/2全桥立面图和1.6m标准断面
2、主要材料及其参数
2.1混凝土各项力学指标见表1
表1
强
度
等
级
项
目
C50
C40
C25
弹性模量（MPa）
34500
32500
28000
剪切模量（MPa）
13800
13000
11200
泊桑比
0.2
0.2
0.2
轴心抗压强度标准值（MPa）
32.4
26.8
16.7
轴心抗拉强度标准值（MPa）
2.65
2.40
1.78
轴心抗压强度设计值（MPa）
22.4
18.4
11.5
轴心抗拉强度设计值（MPa）
1.83
1.65
1.23
热膨胀系数
0.00001
0.00001
0.00001
2.2低松弛钢绞线（主要用于钢筋混凝土预应力构件）
直径：
15.24mm
弹性模量：
195000MPa
标准强度：
1860MPa
抗拉强度设计值：
1260MPa
抗压强度设计值:
390MPa
张拉控制应力：
1395MPa
热膨胀系数：
0.000012
2.3普通钢筋
采用R235、HRB335钢筋，直径：
8～32mm
弹性模量：
R235210000MPa/HRB335200000MPa
标准强度：
R235235MPa/HRB335335MPa
热膨胀系数：
0.000012
3、设计荷载取值：
3.1恒载：
一期恒载包括主梁材料重量，混凝土容重取25KN/m3。
二期恒载：
人行道、护栏及桥面铺装等（该桥梁上不通过电信管道、水管等）。
其中：
桥面铺装：
采用10cm的沥青混凝土铺装层；沥青混凝土安每立方24kN计算，则计算铺装宽度为15m，桥面每米铺装沥青混凝土重量为：
0.16×24×15＝57.6kN/m；
人行道：
人行道按照每侧18KN/m考虑；
栏杆：
按照每侧每米470kg计算，即按照4.7kN/m；
二期恒载合计：
85kN/m
3.2活载
车辆荷载：
公路Ⅰ级；
人群荷载：
3.0kN/m2；（根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》第27页4.3.5条第一款的规定：
当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为3.0kN/m2；）
3.3温度力
①系统温度：
升温25℃、降温－15℃；
②箱梁截面上下缘温度梯度变化参考新规范（《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004））第4.3.10条取用。
图2竖向梯度温度（梁截面温度）
3.4不均匀沉降
考虑到桩均为嵌岩桩，所以在本计算算例中不考虑支座沉降的问题。
3.5强度发展
强度发展采用CEB-FIP规范的公式：
，式中：
表示混凝土的28天强度；
时间参数；
表示水泥种类，早强高强水泥选0.2，一般水泥或早强水泥选0.25，缓凝水泥选0.38。
4、结构有限单元离散
在4×30连续梁结构计算分析中，考虑到结构的受力特点（主梁为预应力结构、桥墩为普通钢军混凝土结构）分别建模计算分析，在此文本中仅考虑预应力混凝土梁的结构分析，建模时仅建主梁模型，桥墩及基础等均不在建模计算范围内。
一、设定建模环境
为了做连续梁施工阶段和成桥阶段分析首先打开新项目“4×30连续梁”为名保存文件，开始建立模型。
单位体系设置为“m”和“N”。
该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意更换。
文件/
新项目
文件/
保存（4×30连续梁）
工具/单位体系
长度＞m；力＞N
图3设定建模环境及单位体系
二、设置结构类型
由于是连续梁结构，所以在做结构计算的时候没有必要选择3-D分析，只需要考虑平面分析即可以，这样即可以减少在定义约束条件时出现的问题，同时又能保证结构设计的质量。
模型>结构类型----
结构类型（X-Z平面）
将结构的自重转换为自重（按集中质量考虑>转换到Z）
图4设置结构类型
三、定义材料和截面特性值
1、定义材料
输入主梁的材料特性值。
在材料和截面对话框中选择材料表单点击按
钮。
模型/材料和截面特性/
材料
材料号：
1
名称：
（C50）
设计类型：
混凝土
混凝土：
规范：
（JTG04（RC））
数据库：
C50
按上述方法参照表1输入混凝土和预应力钢绞线的材料特性值。
表1.材料特性值
序号
项目
设计类型
规范
数据库
1
C50混凝土
混凝土
JTG04（RC）
C50
2
预应力钢绞线
钢材
JTG04（S）
Strand1860
图5定义材料特性值1
定义多种材料时，使用
按钮会更方便一些。
图6定义材料特性值2
定义时间依存性材料（收缩和徐变）
模型/材料和截面特性/时间依存性材料（收缩和徐变）/添加/
名称：
C50混凝土；设计规范：
china（JTGD62-2004）
28天强度：
50N/mm2；环境年平均相对湿度：
70％；
构件理论厚度：
1000mm；水泥种类系数：
5；收缩开始时的混凝土龄期：
3天；
点击：
按钮。
图7定义时间依存性材料
定义时间依存性材料（抗压强度）
模型/材料和截面特性/时间依存性材料（强度）/添加/
名称：
C50；类型：
设计规范；强度发展――规范：
CEB-FIP；
混凝土28天抗压强度：
50N/mm2；水泥类型：
N,R:
0.25点击
按钮
图8定义时间依存材料（抗压强度）
时间依存性材料连接：
徐变和收缩：
C50混凝土；强度进展：
C50；选择指定材料：
C50混凝土，点击
按钮；
操作：
点击
按钮
图9时间依存性材料连接
2、定义截面特性值
输入预应力混凝土梁的截面特性值。
在材料和截面特性对话框的截面表单选择
按钮。
图10定义截面
在该连续梁中，截面高度是变化的，同时底板和肋的厚度也是变化的，故在做设计时候先定义标准的等截面，然后再定义变截面。
截面/添加---/设计截面/单箱多室2
截面号：
1名称：
实体段对称（√）室数（3）板宽（20.5）m
室类型：
多变形
外轮廓尺寸
H01（0.15m）；H02（0.3m）；H04（1.35m）B01（2.5m）B03（0.43）B04（4.82）
内轮廓尺寸
HI1（0.85m）HI6（0.85m）BI1（2.5m）BI6（2.3m）
点击
图11实体段标准截面
其余各截面的输入见图12～16所示（具体截面参数见结构参数示意图）。
图127号截面（等截面区截面）
图133号截面
图144号截面
图155号截面
图168号截面
由于有一部分结构为变截面，所以需要定义变截面，具体操作步骤如下：
截面/
/变截面/单箱多室2然后根据各梁段的两端的截面在I、J端相应的选择截面型号；定义3－4变截面的步骤如下：
I端：
图17变截面输入（I端）
J端：
图18变截面输入J端
由此定义变截面3－4，4－3，4－5，5－4，5－7，7－5，5－8，8－5，3－8，8－3，具体各数字对应的截面位置参照结构图（图1所示）。
四、建立结构有限元模型
1、建立节点
模型/节点/建立节点/坐标（0，0，0）；复制次数（0）；距离（0，0，0）
然后点击：
按钮；
2、建立梁单元模型
选择节点后利用
扩展功能建立主梁上部梁单元
模型/单元/扩展单元
扩展类型：
节点－>线单元；
单元类型：
梁单元；
材料：
1－C50混凝土；截面1－实体段（1号截面）；生成形式：
复制和移动；
复制和移动：
，dx，dy，dz（0.4，0，0）；复制次数：
1次；
点击
，选择节点1，然后点击
按钮；
图19建立有限单元模型
然后按照此步骤逐步往下建立整个结构的有限元模型，各有限元模型单元的长度见表3。
最后建立的的有限元模型如图20所示。
表3单元长度及序号
单元号
长度（m）
单元号
长度（m）
单元号
长度（m）
单元号
长度（m）
1
0.4
21
1.0
40
1.0
59
1.0
2
0.8
22
0.6
41
0.6
60
0.6
3
0.6
23
0.4
42
0.4
61
0.4
4
1.4
24
2.0
43
2.0
62
2.0
5
1.0
25
2.0
44
2.0
63
2.0
6
2.0
26
2.0
45
2.0
64
2.0
7
2.0
27
2.0
46
2.0
65
1.8
8
2.0
28
2.0
47
2.0
66
2.0
9
2.0
29
2.0
48
2.0
67
2.0
10
2.0
30
2.0
49
2.0
68
2.0
11
2.0
31
2.0
50
2.0
69
2.0
12
2.0
32
2.0
51
2.0
70
2.0
13
2.0
33
2.0
52
2.0
71
2.0
14
1.8
34
2.0
53
2.0
72
2.0
15
2.0
35
2.0
54
2.0
73
2.0
16
2.0
36
2.0
55
2.0
74
1.0
17
2.0
37
0.4
56
0.4
75
1.4
18
0.4
38
0.6
57
0.6
76
0.6
19
0.6
39
1.0
58
1.0
77
0.8
20
1.0
78
0.4
图20有限元模型
3、复制整个结构的节点
操作步骤如下：
模型/节点/复制和移动
图21复制和移动节点1
点击：
按钮；
形式：
复制（）；复制和移动：
等间距（），dx，dy，dz（0，0，-1000）mm;
点击：
适用按钮。
图22复制和移动节点2
修改单元依存材料特性
五、定义结构组
对连续梁结构进行施工阶段分析，需要对结构进行结构组的定义；
根据本结构的特点（预应力混凝土连续梁结构）和施工特点（满堂支架施工），故确定建立如下两个结构组：
jg和mt。
具体操作步骤如下：
模型/组/定义结构组
名称：
jg，然后点击
按钮；
名称：
mt，然后点击
按钮；
图23
确定结构组所包含的单元：
点击树形菜单/组/结构组
左键点击组名jg，然后点击
按钮；进入操作空间，左键按住，然后选择1～78号单元，具体操作步骤如下：
图24
然后确定mt组的结构：
左键点击组名mt，然后点击
按钮；进入操作空间，左键按住，然后选择80～158号节点，具体操作步骤如下图所示：
图25
六、定义边界组
对连续梁结构进行施工阶段分析，需要对结构进行边界组的定义；
根据本结构的特点（预应力混凝土连续梁结构）和施工特点（满堂支架施工），故确定建立如下两个边界组：
gd和mt；
具体操作步骤如下：
模型/组/定义边界组
名称：
gd，然后点击
按钮；
名称：
mt，然后点击
按钮；
图26
重复上述步骤，建立mt边界组。
定义边界条件：
分析模型的边界条件如下。
3号墩:
固定端（Dx,,Dz）
1、2、4、5号墩:
铰支座（Dz）
输入结构的边界条件：
自动对齐
模型/边界条件/一般支撑
窗口选择（节点:
图27的①；节点2,21,59,78）
边界组名称>gd
选项>添加;支撑类型>Dz
窗口选择（节点:
图27的②；节点40,）
边界组名称>gd
选项>添加;支撑类型>Dx,Dz
2
1
1
1
1
图27输入边界条件
输入满堂支架的边界条件：
自动对齐
模型/边界条件/一般支撑
窗口选择（节点：
节点80to158）
边界组名称>mt
选项>添加;支撑类型>Dz,DZ
图28输入满堂支架边界条件
输入满堂支架弹性连接
模型/边界条件/弹性连接
窗口缩放
选项>添加/替换;连接类型>只受压
弹性连接单元轴向刚度输入单位长度所施加的力，旋转刚度输入单位转角所施加的弯矩值。
SDZ（KN/m）（10000000000）
Beta角>（0）
2点（1，80）
2点（2，81）
……
2点（79，158）
图29输入满堂支架弹性连接
六、定义荷载组
对连续梁结构进行施工阶段分析，需要对结构进行荷载组的定义；
根据本结构的特点（预应力混凝土连续梁结构）和施工特点（满堂支架施工），故确定建立如下几个荷载组：
自重，预应力和二期；
图30定义荷载组
输入结构荷载
1、定义静力荷载工况
各静力荷载工况参数：
自重（施工阶段荷载）；预应力（施工阶段荷载）；二期（施工阶段荷载）；
系统温升（温度荷载）；系统温降（温度荷载）；梁截面温降（温度梯度）
梁截面温降（温度梯度）
荷载/静力荷载工况（L）
名称：
自重；类型：
施工阶段荷载；
名称：
预应力；类型：
施工阶段荷载；
名称：
二期；类型：
施工阶段荷载；
名称：
系统温升；类型：
温度荷载；
名称：
系统温降；类型：
温度荷载；
名称：
梁截面温降；类型：
温度梯度；
名称：
梁截面温升；类型：
温度梯度；
图31定义静力荷载工况
2、输入荷载
输入自重
荷载/自重（W）…
荷载工况名称：
自重；荷载组名称：
自重；
自重系数：
Z（-1）
图32添加自重
输入二期
荷载/梁单元荷载（B）…
荷载工况名称：
二期；荷载组名称：
二期；
选项：
添加；荷载类型：
均布荷载；
方向：
整体坐标Z；数值：
相对值；
x1：
0，w：
-85（KN/m）
x2：
1
选择单元：
1to78
点击：
按钮
图32输入二期荷载
输入预应力荷载：
荷载/预应力荷载/钢束特性值/钢束特性值
点击：
按钮
添加/编辑钢束特性值
钢束名称：
15；钢束类型：
内部（后张）；
材料：
22：
strand1860；钢束总面积：
0.00196m2；导管直径：
0.09m；（√）钢束松弛系数，JTG041
点击按钮
图33定义钢束特性值
同样输入钢束12、9、7；各钢束特性值如图34所示：
图3412、9、7钢束特性值
输入钢束形状：
在本计算中为了简化计算，不考虑预应力钢束的横桥向布置情况。
各钢束的特征参数及数量见表5所示。
荷载/预应力荷载/钢束特性值/钢束布置形状
点击：
按钮
添加/编辑钢束形状
钢束名称：
F01；组：
默认；钢束特性值：
15；分配给的单元：
5to74；
输入类型：
（·）3-D；曲线类型：
圆弧；
标准钢束（√）；钢束数量：
4；
布置形状各参数见表4所示；
表4.F01钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
3.2
0
-0.101
0
6.028
0
-1.13
10
20.293
0
-1.13
6
23.95
0
-0.15
6
35.95
0
-0.15
6
39.607
0
-1.13
6
50.293
0
-1.13
6
53.95
0
-0.15
6
65.95
0
-0.15
6
69.607
0
-1.13
6
80.293
0
-1.13
6
83.95
0
-0.15
6
95.95
0
-0.15
6
99.607
0
-1.13
6
113.872
0
-1.13
10
116.7
0
0
0
钢束布置插入点：
0，0，0；
假想X轴方向：
X（·）；
绕x轴旋转角度：
0；
绕主轴旋转角度：
Y，0；
点击按钮
图35钢束输入示意图
按照同样的方式进行其余各束的钢束布置形状的输入。
其余各束的钢束布置形状参数见表6～22所示。
表5.预应力钢束特征参数及数量表
钢束名称
钢束特性值
钢束数量
钢束名称
钢束特性值
钢束数量
F01
15
4
F10
12
10
F02
15
4
FD1
15
4
F03
15
4
FD2
15
4
F04
15
4
FD3
15
4
F05
15
4
N1
7
6
F06
12
6
N2
7
6
F07
12
6
N3
7
6
F08
12
10
N4
7
6
F09
12
10
TC1
9
6
表6.F02钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
1.2
0
0
0
5.006
0
-1.29
10
21.695
0
-1.29
6
25.95
0
-0.15
6
33.95
0
-0.15
6
38.205
0
-1.29
6
51.695
0
-1.29
6
55.95
0
-0.15
6
63.95
0
-0.15
6
68.205
0
-1.29
6
81.695
0
-1.29
6
85.95
0
-0.15
6
93.95
0
-0.15
6
98.205
0
-1.29
6
114.894
0
-1.29
10
118.7
0
0
0
表8.F04钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
0
0
-1.45
0
25.03
0
-1.45
0
30.13
0
-0.084
6
33.95
0
-1.647
0
表10.F06钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
20.2
0
-1.45
0
60.178
0
-1.45
6
61.55
0
-1.087
0
表12.F08钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
21.95
0
-0.12
0
24.4
0
-0.12
4
35.5
0
-0.12
6
37.95
0
-0.534
0
表7.F03钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
0
0
0
0
3.984
0
-1.45
10
23.098
0
-1.45
6
27.353
0
-0.31
6
32.547
0
-0.31
6
36.802
0
-1.45
6
53.098
0
-1.45
6
57.353
0
-0.31
6
62.547
0
-0.31
6
66.802
0
-1.45
6
83.098
0
-1.45
6
87.353
0
-0.31
6
92.547
0
-0.31
6
96.802
0
-1.45
6
115.916
0
-1.45
10
119.9
0
0
0
表9.F05钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
85.95
0
-1.6
0
89.77
0
-0.084
6
94.87
0
-1.45
6
119.9
0
-1.45
0
表11.F07钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
58.35
0
-1.087
0
59.722
0
-1.45
6
99.7
0
-1.45
0
表13.F09钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
47.95
0
-0.12
0
54.4
0
-0.12
4
65.9
0
-0.12
6
71.95
0
-0.534
0
表14.F10钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
81.95
0
-0.12
0
84.4
0
-0.12
6
95.5
0
-0.12
6
97.95
0
-0.64
0
注：
表6～15，插入点均为（0,0,0）
表16FD1钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
0
0
-1.56
0
4
0
-0.1
6
8
0
-1.56
0
插入点（25.95,0,0）
表18.TC1钢束形状参数
X
Y
Z
R
16.2
0
-0.12
0
103.7
0
-0.12
0
插入点（0，0，0）
表21N3钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
0
0
-0.12
0
22
0
-0.12
0
插入点（63.95,0,0）
表15.FD2钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
55.95
0
-1.564
0
59.95
0
-0.106
6
63.95
0
-1.6
0
表17.FD3钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
0
0
-1.56
0
4
0
-0.1
6
8
0
-1.56
0
插入点（85.95,0,0）
表19N1钢束形状参数（单位：
m）
X
Y
Z
R
0
0
-1.45
0
23.95
0
-1.45
0
表20
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