MIDAS连续梁有限元分析案例(二)
迈达斯Midas civil 梁格法建模实例
北京迈达斯技术有限公司目录概要梁格法是目前桥梁结构分析中应用的比较多的在本例题中将介绍采用梁格法建立一般梁桥结构的分析模型的方法、施工阶段分析的步骤、横向刚度的设定以及查看结果的方法和PSC设计的方法。
本例题中的桥梁模型如图1所示为一三跨的连续梁桥，每跨均为32m。
图1. 简支变连续分析模型桥梁的基本数据为了说明采用梁格法分析一般梁桥结构的分析的步骤，本例题采用了比较简单的分析模型——预应力T梁，可能与实际桥梁设计的内容有所不同。
本例题的基本参数如下：桥梁形式：三跨连续梁桥桥梁等级：I级桥梁全长：3@32＝96m桥梁宽度：15m设计车道：3车道图2. T型梁跨中截面图图3. T梁端部截面图?分析与设计步骤预应力混凝土梁桥的分析与设计步骤如下。
1.定义材料和截面特性材料截面定义时间依存性材料(收缩和徐变)时间依存性材料连接2.建立结构模型建立结构模型修改单元依存材料特性3.输入PSC截面钢筋4.输入荷载恒荷载(自重和二期恒载)预应力荷载钢束特性值钢束布置形状钢束预应力荷载温度荷载系统温度节点温度单元温度温度梯度梁截面温度5.定义施工阶段6.输入移动荷载数据选择规范定义车道定义车辆移动荷载工况7.支座沉降定义支座沉降组定义支座沉降荷载工况8.运行结构分析9.查看分析结果10.PSC设计PSC设计参数确定PSC设计参数PSC设计材料PSC设计截面位置运行设计查看设计结果使用材料以及容许应力> 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(φ mm)（规格分别有6束、8束、9束和10束四类）钢束类型为:后张拉钢筋松弛系数(开),选择JTG04和(低松弛)超张拉(开)预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm^2预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:(1/m)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:开始点:6mm结束点:6mm张拉力:抗拉强度标准值的75%>徐变和收缩条件水泥种类系数(Bsc): 5 (5代表普通硅酸盐水泥)28天龄期混凝土立方体抗压强度标准值,即标号强度(fcu,f):50N/mm^2长期荷载作用时混凝土的材龄:=t5天o混凝土与大气接触时的材龄:=t3天s相对湿度: %RH=70大气或养护温度: CT=°20构件理论厚度:程序计算适用规范:中国规范(JTG D62-2004)徐变系数: 程序计算混凝土收缩变形率: 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。
Midas预应力混凝土连续箱梁分析算例课件
MIDAS软件是一款功能强大的有限元 分析软件，可以对预应力混凝土连续 箱梁进行精确的建模和分析，为桥梁 设计提供可靠的技术支持。
预应力混凝土连续箱梁的设计和施工 需要综合考虑多种因素，包括结构形 式、材料特性、施工方法等，以确保 桥梁的安全性和经济性。
展望
随着科技的不断进步和工程实 践的积累，预应力混凝土连续 箱梁的设计和施工将不断得到
预应力体系
通过在混凝土浇筑前施加 预压应力，改善了结构的 受力性能，提高了梁的承 载能力和稳定性。
横向联系
连续箱梁采用横隔板和横 梁等横向联系构件，确保 了结构的整体稳定性。
预应力混凝土连续箱梁的设计原理
力学分析
根据结构力学原理，对连 续箱梁进行受力分析，确 定各截面的弯矩、剪力和 扭矩等。
预应力设计
特殊情况处理
针对模型中可能出现的特殊情况， 如施工阶段、预应力张拉等，说明 处理方法。
计算结果分析
01
02
03
04
变形分析
分析模型在受力后的变形情况 ，包括挠度、转角等。
应力分析
分析模型中的应力分布和大小 ，包括正应力和剪应力。
预应力张拉分析
针对预应力张拉的情况，分析 张拉后的应力分布和损失。
结果对比
优化和完善。
未来可以进一步研究新型材料 和结构形式在预应力混凝土连 续箱梁中的应用，以提高桥梁
的性能和耐久性。
有限元分析软件的功能和精度 将不断提升，为预应力混凝土 连续箱梁的分析和设计提供更 加可靠的技术支持。
未来可以通过加强科研合作和 技术交流，推动预应力混凝土 连续箱梁领域的创新和发展， 为我国桥梁事业的发展做出更 大的贡献。
05 参考文献
CHAPTER
midas例题演示(预应力砼连续梁)
完成建模和定义施工阶段后，在施工阶段分析选项中选择是否考虑材料的时
间依存特性和弹性收缩引起的钢束应力损失，并指定分析徐变时的收敛
条件和迭代次数。
2
④ 时间依存效果 ⑤ 徐变 和收缩 (开) ; 类型
>徐变和收缩⑥ 源自变分析时得收敛把握 ⑦ 迭代次数 ( 5 ) ; 收敛误
4
)
5
② 模型 /边界条件 / 一般支
撑
③ 单项选择(节点 : 1)
2
④ 边界组名称>B-G1
⑤ 选择>添加
⑥ 支撑条件类型> Dy, Dz,
6
Rx (开)
⑦ 同上操作
⑧ 单项选择 (节点 : 16) ⑨ 边界组名称>B-G1 ⑩ 选择>添加 ⑪ 支撑条件类型>Dx, Dy,
Dz, Rx (开) ⑫ 单项选择 (节点 : 31) ⑬ 边界组名称>B-G2 ⑭ 选择>添加 ⑮ 支撑条件类型> Dy, Dz,
5 6
7 8
9
步骤 3.1 定义构造组
操作步骤 ① 模型>组>定义构造租 ② 定义构造组>名称( S-G )
; 后缀 ( 1to2 ) ③ 定义构造组>名称 ( All ) ④ 单元号显示 (on) ⑤ 窗口选择 (单元 : 1 to
18)
3
⑥ 组>构造组>S_G1 (拖& 放)
⑦ 同上操作 ⑧ 窗口选择 (单元 : 19 to
(N, R)
⑦ 开头收缩时的混凝土材龄
(3)
23 45 67
步骤 2.3 定义材料的时间依存性并连接
操作步骤 ① 模型 / 材料和截面特性 /
MIDAS例题---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1 1/2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12.2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：195000 MPa标准强度：1860 MPa抗拉强度设计值：1260 MPa抗压强度设计值: 390 MPa张拉控制应力：1395 MPa热膨胀系数：0.0000122.3普通钢筋采用R235、HRB335钢筋，直径：8～32mm弹性模量：R235 210000 MPa / HRB335 200000 MPa标准强度：R235 235 MPa / HRB335 335 MPa热膨胀系数：0.0000123、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25 KN/m 3。
[整理]MIDAS预应力连续梁的施工阶段分析.
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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47-------------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-------------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--------------------------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=k-------------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)-------------设置操作环境打开新文件(新项目)，以 ‘PSC beam ’ 为名保存(保存)。
Midas例题(梁格法)：预应力混凝土连续T梁桥的分析与设计
图4. 单位体系设定 4-10
定义材料和截面特性
同时定义多种材料
特性时，使用 键可以连续输入。
定义结构所使用的混凝土和钢束的材料特性。
模型 / 材料和截面特性 / 材料 类型>混凝土 ; 规范> JTG04（RC） 数据库> C50
名称(Strand1860 ) ; 类型>钢材 ; 规范> JTG04（S） 数据库> Strand1860
40.15 0
0.12
40
钢束8
2t1-3 55.85
0
0.12
0
63.45 0
0.96
0
64.55 0
1.36
40 正弯矩
72.15 0
0.17
40
钢束7 3t1-2 88.4
0
0.17
0
96
0
1.36
0
24 -0.62 1.825
12t1-1
40 正弯矩
40 -0.62 1.825
40 钢束9
24 0.62 1.825
12t1-2
0
40 0.62 1.825
负弯矩
56
钢束10 23t1-2 72
0.62 1.825 0.62 1.825
钢束 类型 R 0 40 正弯矩 40 钢束8 0 0 40 正弯矩 40 钢束7 0 0 40 正弯矩 40 钢束9 0 0 40 正弯矩 40 钢束8 0 负弯矩 钢束10
负弯矩 钢束10
为了说明采用梁格法分析一般梁桥结构的分析步骤，本例题采用了一个比较简单的分 析模型——一座由五片预应力T梁组成的3×32m桥梁结构，每片梁宽2.5m。桥梁的基本数 据取自实际结构但和实际结构有所不同。
midas连续梁分析实例
midas连续梁分析实例1. 连续梁分析概述比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）下的反力、位移、内力。
3跨连续两次超静定3跨静定3跨连续1次超静定图 1.1 分析模型15材料钢材: Grade3截面数值 : 箱形截面400×200×12 mm荷载1. 均布荷载 : 1.0 tonf/m2. 温度荷载: ΔT = 5 ℃ (上下面的温度差)设定基本环境打开新文件，以‘连续梁分析.mgb’为名存档。
单位体系设定为‘m’和‘tonf’。
文件/ 新文件文件/ 存档(连续梁分析 )工具 / 单位体系长度> m ; 力 > tonf图 1.2 设定单位体系1617设定结构类型为 X-Z 平面。
模型 / 结构类型结构类型> X-Z 平面 ?设定材料以及截面材料选择钢材GB （S ）（中国标准规格），定义截面。
模型 / 材料和截面特性 /材料名称( Grade3) 设计类型 > 钢材规范> GB(S) ; 数据库> Grade3 ?模型 / 材料和截面特性 / 截面截面数据截面号 ( 1 ) ; 截面形状 > 箱形截面 ;用户：如图输入 ; 名称> 400×200×12 ?图 1.3 定义材料图 1.4 定义截面选择“数据库”中的任意材料，材料的基本特性值（弹性模量、泊松比、线膨胀系数、容重）将自动输出。
建立节点和单元为了生成连续梁单元，首先输入节点。
正面,捕捉点 (关), 捕捉轴线 (关)捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开), 自动对齐模型 / 节点 / 建立节点坐标 ( x, y, z ) ( 0, 0, 0 )图 1.5 建立节点参照用户手册的“输入单元时主要考虑事项”18用扩展单元功能来建立连续梁。
模型 / 单元/ 扩展单元全选扩展类型 > 节点线单元单元属性> 单元类型 > 梁单元材料 > 1:Grade3 ; 截面> 1: 400*200*12 ; Beta 角( 0 )生成形式> 复制和移动 ; 复制和移动 > 任意间距方向> x ; 间距( 3@5/3, 8@10/8, 3@5/3 )图 1.6 建立单元X Z输入梁单元. 关于梁单元的详细事项参照在线帮助的“单元类型”的“梁单元”部分1920输入边界条件3维空间的节点有6个自由度 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。
最好的midas连续梁分析
1. 连续梁分析概述比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）时的反力、位移、内力。
3跨连续两次超静定3跨静定3跨连续1次超静定图 1.1 分析模型1材料钢材: Grade3截面数值 : 箱形截面 400×200×12 mm荷载1. 均布荷载 : 1.0 tonf/m2. 温度荷载 : ΔT = 5 ℃ (上下面的温度差)设定基本环境打开新文件，以‘连续梁分析.mgb’为名存档。
单位体系设定为‘m’和‘tonf’。
文件/ 新文件文件/ 存档(连续梁分析 )工具 / 单位体系长度> m ; 力 > tonf图 1.2 设定单位体系23设定结构类型为 X-Z 平面。
模型 / 结构类型结构类型> X-Z 平面 ↵设定材料以及截面材料选择钢材GB （S ）（中国标准规格），定义截面。
模型 / 材料和截面特性 /材料名称( Grade3) 设计类型 > 钢材规范> GB(S) ; 数据库> Grade3 ↵模型 / 材料和截面特性 / 截面截面数据截面号 ( 1 ) ; 截面形状 > 箱形截面 ; 用户：如图输入 ; 名称> 400×200×12 ↵图 1.3 定义材料 图 1.4 定义截面建立节点和单元选择“数据库”中的任意材料，材料的基本特性值（弹性模量、泊松比、线膨胀系数、容重）将自动4为了生成连续梁单元，首先输入节点。
正面,捕捉点 (关),捕捉轴线 (关)捕捉节点 (开),捕捉单元 (开),自动对齐模型 / 节点 / 建立节点坐标 ( x, y, z ) ( 0, 0, 0 )图 1.5 建立节点参照用户手册的“输入单元时主要考虑事项”用扩展单元功能来建立连续梁。
模型 / 单元/ 扩展单元全选扩展类型 > 节点 线单元单元属性> 单元类型 > 梁单元材料 > 1:Grade3 ; 截面> 1: 400*200*12 ; Beta 角( 0 )生成形式> 复制和移动 ; 复制和移动 > 任意间距方向> x ; 间距( 3@5/3, 8@10/8, 3@5/3 )图 1.6 建立单元X Z输入梁单元.关于梁单元的详细事项参照在线帮助的“单元类型”的“梁单元”部分56输入边界条件3维空间的节点有6个自由度 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。
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目录
第一部分逐跨施工模型 (1)
1.1预应力钢束布置 (1)
1.2施工阶段定义 (3)
1.3调整模型 (4)
第二部分应力分析 (5)
2.1施工阶段的应力 (5)
2.2成桥阶段应力(恒+活+支座沉降) (6)
2.3移动荷载 (6)
第三部分PSC验算结果 (7)
3.1施工阶段的法向压应力验算 (7)
3.2受拉区钢筋的拉应力验算 (11)
3.3使用阶段正截面压应力验算 (12)
3.4使用阶段斜截面主压应力验算 (13)
3.5结论 (14)
第一部分逐跨施工模型
1.1预应力钢束布置
图1-1 第一跨钢筋布置
图1-2 第二跨钢筋布置
图1-3 第三跨钢筋布置
图1-4 第四跨钢筋布置
本次桥梁的总体布置，四跨连续梁桥，跨度分别是29.95m+30m+30m +29.95m图如下所示：
图1-5-8 桥梁整体布置图
汇总的预应力张拉表格，张拉控制应力为0.75的高强钢绞线，控制应力为1395MPa，具体的表格如下所示：
1.2施工阶段定义
逐跨施工，我们采用满堂支架的方法，依次从梁一施工到四号梁，中间存在从简支梁到连续梁的体系转换，为本次设计修改的难点。
我们的施工过程定义为三个步骤满堂支架的施工和主梁施工、预应力张拉、拆除满堂支架，最后完成全线的浇筑。
从midas中提取的施工阶段细节具体如下：
NAME=主梁1-浇筑, 20, YES, NO
AELEM=主梁1, 7, 节点1, 7
ABNDR=满堂1, DEFORMED, 支座1, DEFORMED, 支座2,
DEFORMED
ALOAD=自重, FIRST
NAME=主梁1-张拉, 1, YES, NO
ALOAD=预应力1, FIRST
NAME=主梁1-拆除支架, 2, YES, NO
DELEM=节点1, 100
DBNDR=满堂1
NAME=主梁2-浇筑, 20, YES, NO
AELEM=主梁2, 7, 节点2, 7
ABNDR=支座3, DEFORMED, 满堂2, DEFORMED
NAME=主梁2-张拉, 1, YES, NO
DELEM=节点2, 100
ALOAD=预应力2, FIRST
NAME=主梁2-拆除支架, 2, YES, NO
DELEM=节点2, 100
DBNDR=满堂2
NAME=主梁3-浇筑, 20, YES, NO
AELEM=主梁3, 7, 节点3, 7
ABNDR=满堂3, DEFORMED, 支座4, DEFORMED
NAME=主梁3-张拉, 1, YES, NO
ALOAD=预应力3, FIRST
NAME=主梁3-拆除支架, 2, YES, NO
DELEM=节点3, 100
DBNDR=满堂3
NAME=主梁4-浇筑, 20, YES, NO
AELEM=主梁4, 7, 节点4, 7
ABNDR=支座5, DEFORMED, 满堂4, DEFORMED
NAME=主梁4-张拉, 5, YES, NO
ALOAD=预应力4, FIRST
NAME=拆除满堂支架, 10, YES, NO
DELEM=节点4, 100
DBNDR=满堂4
NAME=二期恒载, 10, YES, NO
ALOAD=二期, FIRST
NAME=工后100, 100, YES, NO
NAME=工后3600, 3600, YES, NO
1.3调整模型
通过调整预应力的束数，来调整结构在施工中出现的简支梁体系（跨中弯矩增大的影响），以及在体系转换中连续梁顶的拉力。
通过查看施工过程的应力，通过适当的加减得到我们的计算结果。
（完全通过我们需验算的五个验算）
第二部分应力分析
2.1施工阶段的应力
逐跨施工中，体系的转换带来的应力的影响，所以我们这里给出施工中应力的控制情况，全桥在施工过程中都处于受压状态如以下所示：
图2-1第一跨施工完成应力图
图2-2第二跨施工完成应力图
图2-3第三跨施工完成应力图
图2-4第四跨施工完成应力图
2.2成桥阶段应力(恒+活+支座沉降)
施加了二期恒载后的应力，再考虑荷载组合(恒+活+支座沉降)得到的应力最大最小应力如下图所示：
图2-4恒+活+支座沉降应力图
2.3移动荷载
图2-5移动荷载图
第三部分PSC验算结果3.1施工阶段的法向压应力验算
3.2受拉区钢筋的拉应力验算
3.3使用阶段正截面压应力验算
3.4使用阶段斜截面主压应力验算
3.5结论
由以上各项验算结果可知，预应力钢束布置较合理，结构设计满足要求。