迈达斯midas-PSC变截面箱梁施工阶段及PSC设计例题
迈达斯Midas_civil_梁格法建模实例
混凝土收缩变形率: 程序计算
荷载
静力荷载
>自重
由程序内部自动计算
>二期恒载
桥面铺装、护墙荷载、栏杆荷载、灯杆荷载等
具体考虑：
桥面铺装层：厚度80mm的钢筋混凝土和60mm的沥青混凝土，钢筋混凝土的重力密度为25kN/m3, 沥青混凝土的重力密度为23kN/m3。每片T梁宽2.5m，所以铺装层的单位长度质量为：
> 混凝土
采用JTG04（RC）规范的C50混凝土
>普通钢筋
普通钢筋采用HRB335(预应力混凝土结构用普通钢筋中箍筋、主筋和辅筋均采用带肋钢筋既HRB系列)
>预应力钢束
采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860
钢束(φ15.2 mm)（规格分别有6束、8束、9束和10束四类）
钢束类型为:后张拉
图7. 跨中等截面
模型/材料和截面特性/ 截面
数据库/用户> 截面号(3); 名称(端部变截面右)
截面类型>变截面>PSC-工形
尺寸
对称:(开)
拐点： JL1(开)
尺寸I
S1－自动(开),S2－自动(开),S3－自动(开),T－自动(开)
HL1:0.20;HL2:0.06 ;HL2-1: 0;HL3:1.28;HL4:0.17;HL5:0.29
（0.08×25+0.06×23）×2.5=8.45kN/m2.
护墙、栏杆和灯杆荷载：以3.55kN/m2计。
二期恒载＝桥面铺装＋护墙、栏杆和灯杆荷载＝8.45+3.55＝12kN/m2。
>预应力荷载
分成正弯矩钢束和负弯矩钢束
典型几束钢束的具体数据：
迈达斯学习04_PSC beam
北京迈达斯技术有限公司CONTENTS概要1桥梁概况及一般截面2预应力混凝土梁的分析顺序3使用的材料及其容许应力4荷载5设置操作环境6定义材料和截面7定义截面8定义材料的时间依存性并连接9建立结构模型12定义结构组、边界条件组和荷载组13输入边界条件16输入荷载17输入恒荷载18输入钢束特性值19输入钢束形状20输入钢束预应力荷载23定义施工阶段25输入移动荷载数据30运行分析34查看分析结果35通过图形查看应力35定义荷载组合39利用荷载组合查看应力40查看钢束的分析结果44查看荷载组合条件下的内力471概要本例题使用一个简单的两跨连续梁模型（图1）来重点介绍MIDAS/Civil 的施工阶段分析功能、钢束预应力荷载的输入方法以及查看分析结果的方法等。
主要包括分析预应力混凝土结构时定义钢束特性、钢束形状、输入预应力荷载、定义施工阶段等的方法，以及在分析结果中查看徐变和收缩、钢束预应力等引起的结构的应力和内力变化特性的步骤和方法。
图1. 分析模型桥梁概况及一般截面分析模型为一个两跨连续梁，其钢束的布置如图2所示，分为两个阶段来施工。
桥梁形式：两跨连续的预应力混凝土梁桥梁长度：L = 2@30 = 60.0 m图2. 立面图和剖面图2预应力混凝土梁的分析步骤预应力混凝土梁的分析步骤如下。
1.定义材料和截面2.建立结构模型3.输入荷载恒荷载钢束特性和形状钢束预应力荷载4.定义施工阶段5.输入移动荷载数据6.运行结构分析7.查看结果34使用的材料及其容许应力❑ 混凝土设计强度：2ck cm /kgf 400=f 初期抗压强度：2ci cm /kgf 270=f弹性模量：Ec=3,000Wc1.5 √fck+ 70,000 = 3.07×105kgf/cm 2 容许应力：❑预应力钢束 (KSD 7002 SWPC 7B-Φ15.2mm (0.6˝strand)屈服强度： 2py mm /kgf 160=f →strand /tonf 6.22=P y 抗拉强度： 2pu mm /kgf 190=f →strand /tonf 6.26=P u 截面面积： 2387.1cm A p = 弹性模量： 26p cm /kgf 10×0.2=E 张 拉力： fpi=0.7fpu=133kgf/mm 2 锚固装置滑动： mm 6=s Δ 磨擦系数： rad /30.0=μ m /006.0=k5荷载❑ 恒荷载自重在程序中按自重输入❑预应力钢束(φ15.2 mm ×31 (φ0.6˝- 31))截面面积 : Au = 1.387 × 31 = 42.997 cm 2 孔道直径 : 133 mm 张拉力 : 抗拉强度的70%fpj = 0.7 fpu = 13,300 kgf/cm 2 Pi = Au × fpj = 405.8 tonf 张拉后的瞬间损失（程序自动计算）摩擦损失 :)(0)(kL X e P P +⋅=μα30.0=μ, 006.0=k锚固装置滑动引起的损失 : mm 6=I Δc 弹性收缩引起的损失 : 损失量 SP P E A f P ⋅∆=∆ 最终损失（程序自动计算）钢束的松弛（Relaxation ） 徐变和收缩引起的损失❑徐变和收缩条件水泥 : 普通硅酸盐水泥长期荷载作用时混凝土的材龄 : =o t 5天 混凝土与大气接触时的材龄 : =s t 3天 相对湿度 : %70=RH 大气或养护温度 : C °20=T 适用规范 : CEB-FIP 徐变系数 : 程序计算 混凝土收缩变形率 : 程序计算❑活荷载适用规范：城市桥梁设计荷载规范 荷载种类：C-ALC-AD(20)6设置操作环境打开新文件(新项目)，以 ‘PSC beam ’ 为名保存(保存)。
迈达斯-预应力混凝土连续箱梁的分析与设计
桥梁概况及一般截面
分析模型为一个两跨连续梁，分为两个阶段来施工。
桥梁形式：两跨连续的预应力混凝土梁 桥梁长度：L = 60@2 = 120.0 m
材料： 混凝土 钢材
采用JTG04（RC）规范的C50混凝土 采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860
截面：
600 2.000 1.050 1.750
模型>单元> 扩展单元
全选
扩展类型>节点 Æ线单元
单元类型>梁单元 ; 材料>1:C50 ; 截面> 1: span
生成形式>复制和移动
复制和移动>等间距>dx,dy,dz>(2, 0, 0)
复制次数>(60) ↵
模型>单元>复制和移动
单选 (节点:31)
等间距>dx,dy,dz>(0,0,-7.13)
MIDAS Information Technology（Beijing） Co., Ltd
概要
本例题使用一个简单的预应力混凝土两跨连续梁箱模型（图1）来重点介 绍MIDAS/Civil 2006 软件的新增功能，PSC桥梁建模助手、横向分析、任意 截面显示等的输入方法。
图1. 分析模型
2
MIDAS Information Technology（Beijing） Co., Ltd
单选 (节点:1,61)
等间距>dx,dy,dz>(0,0,-2.7)
9
MIDAS Information Technology（Beijing） Co., Ltd
PSC桥梁
图7. 建立几何模型
图4. 定义材料对话框
迈达斯midascivil 梁格法建模实例
北京迈达斯技术有限公司目录概要 (2)设置操作环境........................................................................................................... 错误!未定义书签。
定义材料和截面....................................................................................................... 错误!未定义书签。
建立结构模型........................................................................................................... 错误!未定义书签。
PSC截面钢筋输入 ................................................................................................... 错误!未定义书签。
输入荷载 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。
定义施工阶段. (59)输入移动荷载数据................................................................................................... 错误!未定义书签。
输入支座沉降........................................................................................................... 错误!未定义书签。
midas学习_PSC_截面设计验算
5（第2条）的规定。其中σ p 为按照规范第7.1.3条和第7.1.4条计算预应力混凝土受
弯构件由使用阶段作用标准值产生的预应力钢筋的应力增量。 - 设计结果表格中Sig_DL指的是施工阶段扣除短期预应力损失后的预应力钢筋的有
效预应力；Sig_LL指的是扣除全部预应力损失并考虑使用阶段作用标准值引起的钢 束应力变化后的预应力钢筋的拉应力；Sig_ADL指的是施工阶段预应力钢筋张拉控 制应力容许值；Sig_ALL指的是使用阶段预应力钢筋拉应力容许值，按规范7.1.5（第 2条）取用。 - 设计结果表格中应力拉为正，压为负。 - 要查看钢筋的应力状况必须在施工阶段分析中定义混凝土的收缩徐变，否则程序无 法考虑使用阶段荷载引起的预应力钢筋的应力变化。 3) 使用阶段正截面抗裂验算：（对应规范6.3.1（第1条）和规范6.3.2）
- 设计结果表格中底、顶指的是分别针对梁截面的底部和顶部的普通钢筋估算值。当 顶部弯矩Mj>0，即在梁顶部没有出现负弯矩的时候可以不配置普通钢筋，则顶部钢 筋估算值为0。
- 按照公式（6.3.3-1）~（6.3.3-4）计算由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生
的混凝土主压应力值，但公式（6.3.3-2）和公式（6.3.3-4）中的 M s 和Vs 应分别以 M k 、 Vk 代替。对混凝土主压应力结果要满足规范中公式（7.1.6-1）的规定。计算混凝土
迈达斯梁格及PSC设计专题
梁格
模型 > 材料和截面特性 >截面>设计截面
9
midas Civil 2010
梁桥专题—梁格
梁格
2.3定义钢束特性值
荷载 > 预应力荷载 >钢束特性值
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midas Civil 2010
梁桥专题—梁格
梁格
3. 梁格法建模助手建模过程及功能亮点
模型 > 结构建模助手 >单箱多室箱梁梁格法建模助手 >布置
梁桥专题—梁格
梁格
采用梁格建模助手生成梁格模型
1.前言
宽梁桥、斜交桥、曲线桥的单梁模型无法正确计算横向支座的反力、荷载的横向分布、斜交桥
钝角处的反力以及内力集中效应，利用梁格法模型可以非常方便的解决以上问题。
梁格法建模的关键在于采用合理的梁格划分方式和正确的等效梁格刚度。用等效梁格代替桥梁 上部结构，将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内，实际结 构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格内。理想的刚度等效原则是：当原
梁格模型（ kN）
1500 1000 500 0
梁格模型（kN）
多支座梁格模型
实体模型（ kN）
1500 1000 500 0
实体模型（kN）
多支座实体模型
单梁模型（ kN）
1500
1000 500 0 支座1 支座2 支座3 支座4 支座5 支座6 单梁模型（kN）
多支座单梁模型
6
midas Civil 2010
2 、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中的荷载组合列表中荷载组合，然后
结合规范进行设计。
结果 > 荷载组合 承载能力荷载组合用来进行 结构的承载力验算（正截面 抗弯、斜截面抗剪等）。
midas学习_PSC_截面设计验算
MIDAS/Civil 6.7.1 PSC 截面设计验算功能说明
1.程序给出的验算结果
程序一共给出了 12 项验算结果，如下所列。根据“PSC 设计参数”中“截面设计内力”
和“构件类型”选定的内容的不同，给出的具体验算内容是不同的，详见表 1。
1) 施工阶段正截面法向应力验算
- 在进行裂缝宽度验算时应注意以下两点：1、必须设置PSC截面钢筋，否则程序不予 进行裂缝宽度验算。2、在荷载工况中必须有活荷载或移动荷载，否则裂缝宽度验 算不予输出计算结果。
- 设计结果表格中最大、最小指的是不同荷载组合产生的截面弯距的最大、最小值。
-5-
MIDAS Civil V6.7.1 技术资料 在此需注意的是梁上部受拉时也会发生裂缝，程序将对此提供验算(最大即顶部)。 - 当截面的上下缘混凝土应力均为压应力时，该截面处不会出现裂缝宽度，裂缝宽度 结果为0。 - 当各荷载组合在该截面处始终不会产生拉应力，那么这个该截面不存在出现裂缝的 可能，因此在PSC设计中对该截面的裂缝宽度不予验算，输出结果以“—”表示。 - 其他关于设计表格的说明同第3）项。 8) 普通钢筋估算：（对应规范5.2.2~5.2.5）
不提供第 7)、8)项验 算
不提供第 7) 、8)项验算
部分预应力 A类
不提供第 7)、12)项验算
不提供第 7)项验算 不提供第 7)项验算
部分预应力 B类
不提供第 3)、12)项验算
不提供第 3)项验算
* 以上不提供验算的项目均为规范中不要求验算的内容
不提供第 3)项验算
6.7.1 版验算内容与 6.7.0 版验算内容对应关系
- 按照公式（6.3.3-1）~（6.3.3-4）计算由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生
MIDASCivil 6.7.0 PSC截面验算功能说明
5) 同一钢束组里面包含的预应力钢束必须具有相同的钢束特性值。否则会提示以下错误信 息“钢束组中有其他类型的钢束材料”。
6) 程序默认水平的梁单元按照梁设计，竖直的梁单元按照柱设计，对于倾斜的梁单元如果 想按照梁设计，需要在“设计――一般设计参数――编辑构件类型”中把相应的单元修 改为想采用的构件类型。否则会提示以下错误信息“不是适合的构件类型”。
不同的“PSC设计参数”对应的验算结果
表1
项目
二维
二维+扭矩
全预应力
不提供第5)、6)、9)项验算 不提供第6)项验算
部分预应力A类 不提供第5)、6)、9)项验算 不提供第6)项验算
部分预应力B类 不提供第5) 、9)项验算
全部提供
* 以上不提供验算的项目均为规范中不要求验算的内容
三维 不提供第6)项验算 不提供第6)项验算 全部提供
预钢筋端部锚固区、墩顶 正截面拉应力验算 (仅适用于全预应力和A类构件) 斜截面砼主拉应力验算 (适用于全预应力、A类、B类构件) 仅适用于B类构件
7.1.3适用于全预应力和A类构件 7.1.4适用于B类构件
7.1.3适用于全预应力和A类构件 7.1.4适用于B类构件 7.1.3适用于全预应力和A类构件 7.1.4适用于B类构件
斜截面抗裂验算
6.3.1(第2条) 6.3.3
裂缝宽度验算
6.4.2~6.4.4
挠度验算
6.5.1~6.5.4
正截面砼的法向压应力验 算
6.1.5，6.1.6 7.1.3，7.1.4 7.1.5
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北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
通过拖放功能对选择的单元修改其截面信息 拖放：将鼠标放置在树形菜单“支座截面”
处，按住不放将鼠标拖到模型窗口中 图 9 拖放功能修改支座附近单元的截面信息
首先在（0,0,0）位置上建立主梁端部节点，然后通过对该节点进行扩展生成左半部主梁 结构。如下图所示——
扩展单元时输入的间距： 6@3,2,8@3,2,1,3@2,1,2,8@3,1
图 7 扩展生成左半边主梁 然后对生成的左半边主梁进行镜像生成另一半主梁，如下图所示，
7
北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
支承
111111
64to67
刚性
19-64，20-65， 44-66，45-67
左边跨
011100
68
刚性
1-68
右边跨
011100
69
刚性
63-69
得到结构的边界条件如下图所示——
12
北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
*注：约束、荷载及其他模型中内容可以在“视图〉显示”中定义显示，如上述边界条 件的显示，在显示菜单中选择要显示内容进行显示即可——
2、建立上部梁单元并赋予单元截面属性 建立桥梁模型时，如果要同时进行施工阶段分析，要针对施工的特点建立有限元模型，
例题中所示结构按照悬臂法施工，悬臂施工段为每段 3m，因此在建立模型时考虑按 1.5m 或 3m 长度单元建立模型，本例题中主梁是直梁结构，因此建模方式可选性很广，可以通过扩 展单元的方式建立、或者从 AutoCAD 导入已划分节段的主梁中心线、或者通过逐个建立单 元的方式，这里采用扩展单元的方式建立一半主梁，然后通过镜像单元生成另一半主梁。
桥梁段 1-6
11 27
左边跨合龙段
桥梁段 1-7
10 28
跨中合龙段
桥梁段 1-8
9 29
右边跨合龙段
桥梁段 1-9
8 30
左侧满堂支架区段
桥梁段 2-1
41 47
右侧满堂支架区段
桥梁段 2-2
40 48
所有合龙段
结构组所含单元 39 49 38 50 37 51 36 52 35 53 34 54 33 55 7 31 32 56 1to6 57to62 7 31 32 56
点击 得到 构件理论厚 度表格
图 13 修改构件理论厚度
4、定义边界组并定义边界条件
边界采用一般支承来模拟，因为截面选择的是顶对齐，因此需要在梁底支座支承的位置
处建立支座节点，然后将支座节点和主梁节点通过弹性连接〉刚性连接起来。
选择中部节点 19、20、44、45，选择节点〉复制移动，对选择的两个节点向下复制 5.9m，
4
北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
这里输入非 0 正值即可，建 立模型后通过 程序自动修正 所有单元的有 效厚度。 图 5 混凝土收缩徐变函数定义
主梁截面为变截面箱梁，共有两个控制截面，一个是跨中截面，一是支座位置处截面。 以跨中截面和支座处截面定义变截面。截面列表如图 6 所示。其中跨中截面和支座截面在前 面的结构描述中都有图示。“跨中-支座”以及“支座-跨中”的变截面定义通过分别导入跨 中截面和支座截面来定义就可以了。如图 6 所示。
生成新节点 64~67；选择边跨端部节点 1 和 63，选择节点〉复制移动，对选择的两个节点向 下复制 3.05m，生成新节点 68、69。（新生成的支座节点要按照步骤 3 的注释中说明的将节 点放置在对应的结构组中。）
定义边界组和边界信息如下表所示。
边界组名称
支座约束 一般支承 适用支座节点
支座与主梁约束 弹性连接 适用节点
图 6-1 截面列表
5
北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
在变截面 I 端导入跨中 截面，J 端导 入支座截面
图 6-2 跨中-支座段变截面
在变截面 I 端导入支座 截面，J 端导 入跨中截面
图 6-3 支座-跨中段变截面 6
北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
通过选择反转单元坐标系保证镜像生成的 单元和源单元的单元坐标轴保持一致。 图 8 镜像生成另一半主梁
生成全桥单元后，因为由镜像生成的梁单元的编号顺序也是镜向的，因此要对所有梁单 元进行重新编号，以便于后续的单元选择（保证单元编号有规律的连续性对单元的选择操作 很有帮助）。
上述步骤生成全桥单元时使用的是跨中截面，因此对生成的全桥单元应根据其实际对应 的截面信息修改单元的截面信息，可以通过修改单元参数修改单元信息，也可以通过 MIDAS 特有的拖放功能赋予单元截面信息，这里以拖放的方式赋予每段单元实际的截面信息。
1、定义材料和截面特性.................................................................................................4 2、建立上部梁单元并赋予单元截面属性 .....................................................................7 3、定义结构组并赋予结构组单元信息 ....................................................................... 11 4、定义边界组并定义边界条件 ................................................................................... 12 5、定义荷载工况和荷载组...........................................................................................13 6、定义施工阶段...........................................................................................................14 7、分阶段定义荷载信息...............................................................................................14 8、分析及后处理查看...................................................................................................20 9、按照 JTG D62 规范的要求对结构进行 PSC 设计 .................................................21
同样的方法，选择单元“9to17，34to42”，将截面“3：跨中-支座”拖放至模型窗口， 得到如下图所示的模型——
图 10 修改截面高度由低变高段（跨中-支座）
同样的方法，选择单元“9to17，34to42”，将截面“3：跨中-支座”拖放至模型窗口， 得到如下图所示的模型——
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北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
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北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算Biblioteka 桥梁主梁1to62
*注：“左支座处梁段”、“右支座处梁段”、“左侧满堂支架区段”、“右侧满堂支架区段”还应包括在步
骤 4 中建立的支座节点。
建立好模型后，就可以对执行程序自动修改构件理论厚度的功能了。如图选择所有梁单
元，在“模型〉材料和截面特性〉修改时间依存材料特性”中选择修改构件理论厚度——
1
北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算
PSC 变截面箱梁施工阶段及 PSC 设计例题
对于常规的 PSC 连续梁桥我们通常可以参考建模助手建立的模型，对于特殊的桥型或 有特殊要求的结构我们需要按照一般方法建立有限元模型，施加边界和荷载进行分析。这个 例题主要说如何使用一般方法建立 PSC 连续梁桥并定义施工阶段进行施工阶段分析和按照 JTG D62 规范对结构进行设计验算。
三、分步骤说明
1、定义材料和截面特性 本模型中涉及的材料包括混凝土主梁（C40）、预应力钢绞线（Strand1860）。如下图 4
所示。
图 4 材料列表
通常对于预应力混凝土结构（PSC 结构）按照现浇施工时，要考虑混凝土的收缩徐变效 应，因此需要在建模前要定义混凝土的收缩徐变函数，按照如下图所示定义混凝土收缩徐变 函数。
结构组名称 结构组所含单元
结构组名称
左支座处梁段 17to21
桥梁段 2-3
右支座处梁段 42to46
桥梁段 2-4
桥梁段 1-1
16 22
桥梁段 2-5
桥梁段 1-2
15 23
桥梁段 2-6
桥梁段 1-3
14 24
桥梁段 2-7
桥梁段 1-4
13 25
桥梁段 2-8
桥梁段 1-5
12 26
桥梁段 2-9
一、结构描述
这是一座 50+60+50 的三跨预应力混凝土连续箱梁桥，这里仅模拟其上部结构。施工方 法采用悬臂浇注，跨中截面和端部截面如图 1 所示。
图 1-1 跨中截面示意
2
北京迈达斯技术有限公司技术资料——PSC 变截面箱梁施工阶段分析及验算