1 叠合梁模拟方法探讨-双单元VS施工联合截面
下层结构无支撑体系时上层结构叠合梁法施工技术研究与应用
工程施工Engineering Construction– 186 –1 引言入口主城堡主楼地下室面积约两万平米，高度约9.1米，主楼地下室主体结构已施工完成，在地上混凝土未浇筑前，规范要求不应拆除主楼地下室范围内满堂支撑架。
但本工程情况比较特殊，入口主城堡地上部分主体结构为型钢-混凝土结构（包括型钢梁、型钢柱及预埋件），且图纸变更频繁，多次增加型钢梁、柱的数量，加之型钢梁柱节点深化需耗费大量时间，故地上部分主体结构长时间不能浇筑混凝土，从而致使地下室满堂支撑架长时间不能拆除。
考虑到入口主城堡地下室满堂架钢管体量大，涉及到的钢管租赁费也十分巨大。
为了节约成本同时保证结构安全，将入口主城堡地下室满堂架拆除，利用地下室顶板结构的自身承载力承受地上部分的施工荷载，但上部结构施工时，应采用叠合梁法施工。
2 关键技术及重难点2.1 叠合梁法施工技术若将下层结构的满堂架拆除，上层混凝土采用常规的一次性浇筑，下层结构仅依靠结构自身承载力，难以承载上层结构自重及施工荷载，为保证下层结构的安全，对上层结构采用“叠合法”施工，即梁板混凝土分两次浇筑，第一次浇筑至板底标高，在混凝土强度达到设计强度的80%后浇筑混凝土至板面标高。
这样，一是可以减少单次浇筑混凝土的荷载，减轻了下部结构的负担；二是利用了第一次浇筑的混凝土自身具备的一定承载力，可将其视为承重构件，在第二次浇筑板混凝土时，可考虑梁柱节点支座的贡献，将板混凝土浇筑时的大部分荷载传递给结构柱，也大大减轻了下层结构的负担。
2.2 第一次混凝土浇筑高度的确定在确定第一次混凝土浇筑高度时，最重要的步骤是要把第一次浇筑的混凝土由方量转换成面荷载，再施加到下层结构上进行承载力验算（验算方法如3.3）；其次是要考虑到要方便施工及具有可行性，如若将结合面设置梁中的某个位置，工人在浇筑时不仅要一边浇筑一边振捣还要量度浇筑高度，施工起来极其不方便，对混凝土的坍落度要求也较高；在剔凿梁内结合面处松散混凝土时，工人没有足够的工作空间，操作起来也十分不方便；综合考虑以上因素（经过2.3所示的方法多次试算），将第一次浇筑高度确定为板底标高，不仅能够通过验算，工人在浇筑混凝土时能够清楚地分清浇筑的界限，在后期剔凿松散混凝土与粗糙面留设时，工人将有足够的工作空间。
一、组合结构计算原理混凝土组合桥梁分析实例
一、组合结构计算原理
2. 组合截面应力计算——累计荷载效应
小结： 1.显然叠合梁的最终应力与施工工艺直接相 关。 2.通过施工阶段设置中分离变量形式可以容 易得到单项荷载的效应。 3.组合截面应力及内力查看需选择“部分”。
一、组合结构计算原理
3.虚拟荷载法计算混凝土板升降温后应力
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一、组合结构计算原理
本章小结： 1.组合结构的最终应力状态与施工阶段相关，通过各阶段累加可以得到最终效应，但各阶 段的截面特性因根据具体的施工工艺确定。 2.混凝土桥面板升降温可以通过等效荷载法计算。 3.混凝土收缩同样可以根据等效荷载法计算，但需计算混凝土有效弹性模量。 4.从校核计算结果考虑可以用混凝土降温模拟收缩效应。 5.Civil程序计算有效刚度下的收缩、徐变效应仅需将混凝土弹性模量修改为有效弹性模量。
（3）有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩效应
一、组合结构计算原理
3.基于有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩、徐变效应 （3）有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩效应
注： 1.显然从虚拟荷载法本身考虑，完全可以将收缩效应通过温度梯度的方法计算。 2.模型计算有效弹性模量的温度梯度效应需做如下修改： 修改材料的弹性模量为有效弹性模量 输入温度梯度荷载时应按有效弹性模量
一、组合结构计算原理
3.基于有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩、徐变效应 （3）有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩效应
注： 1通过修改弹性模量及持续时间可得到相应的收缩应变值。 2.最终收缩应力与理论值基本一致。（误差是由于总的收缩量不一致造成） 3.收缩徐变终值与截面本身无关，可以通过临时替换混凝土截面查看。（组合截面不能输出此值） 4.程序计算名义收缩系数按《04混规》得到，上图输入数据均为了对比方便输入。
钢桥、组合梁桥-叠合梁专题
后处理结果
如何和规范条文对应
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如何和规范条文对应
Thank you
➢ 材料、截面特性
支点联合截面
（依次为联合后、工字钢、砼部分）
建模流程
➢ 材料、截面特性
跨中联合截面
（依次为联合后、工字钢、砼部分）
建模流程
➢ 定义施工阶段
施工阶段模拟： I. 吊装钢梁，周期5天 II. 浇筑桥面板，周期10天 III. 施工桥面铺装等二期，周期10天 IV. 收缩徐变3650天
基于《钢-砼组合梁桥梁设计规范》 叠合梁分析
北京公司桥梁部 艾贻学
2016.10.27
工程概况
本桥跨径布置为（1×70）m，单跨钢-混组合箱梁，组合梁高 4.0m，桥宽13.75m。桥面板采用钢筋砼结构，板厚0.36m，钢梁梁高 3.64m，横断面采用双工字钢加混凝土板的断面形式。
建立模型
建模流程
建模流程
➢ 定义施工阶段联合截面
为了考虑联合截面的施工过程，定义联合截面各个位置（Part)的激活、 钝化阶段。
ห้องสมุดไป่ตู้
建模流程
➢ 施加荷载
I. 施加施工过程中涉及到的荷载：自重、二期、预应力等； II. 施加成桥后涉及到作用：整体升降温、温度梯度等； III. 移动荷载； IV. 支座沉降；
运行分析
1 叠合梁模拟方法探讨-双单元VS施工联合截面
组合梁模拟方法探讨1问题描述：组合梁是一种较复杂的结构，截面通常由两种不同材料结合或不同工序结合而成的，亦称为联合梁。
目前，桥梁领域使用比较广泛的是钢—混凝土组合梁，其模拟方法基本有两种：①采用施工联合截面，②采用双单元。
对于相同的结构，分别采用上述两种方法，其结果是否一致？如果不相同，是什么原因造成的？2问题分析2.1 模型基本情况介绍主梁为钢—混凝土组合结构，截面由工字型钢梁和混凝土桥面板结合而成，联合截面尺寸数据详见图2-1。
钢材和混凝土材料分别为Q235和C60。
结构为15m+5m+12m三跨连续梁，双单元模型和联合截面模型详见图2-2和图2-3。
图2-1 联合截面图2-2 双单元模型图2-3 联合截面模型2.2 模型细节模拟说明2.2.1联合截面模型截面采用中上对齐，并且考虑剪切变形。
施工阶段为架设钢梁和铺设混凝土板，架设钢梁时考虑自重及混凝土板的湿重。
单个单元消隐图详见图2-4。
图2-4 单元消隐图（中上对齐）2.2.2 双单元模型工字钢和矩形混凝土板均采用中上对齐，并且考虑剪切变形，单元通过弹性连接刚性连接。
施工阶段同联合截面模型，边界约束在混凝土板节点上，单个单元消隐图详见图2-5。
图2-5 单元消隐图（中上对齐）2.3 结果对比2.3.1 架设钢梁（CS1）联合截面模型结果：图2-6 弯矩图（N.mm）图2-7 位移图（mm）图2-8 组合1应力图（MPa）双单元模型计算结果：图2-9 弯矩图（N.mm）图2-10 位移图（mm）图2-11 组合1应力图（MPa）表格结果对比（单位：N，mm）2.3.2 铺设混凝土板（CS2）联合截面Part2计算结果：图2-12 弯矩图（N.mm）图2-13 位移图（mm）图2-14 组合1应力图（MPa）双单元模型混凝土板计算结果：图2-15 弯矩图（N.mm）图2-16 位移图（mm）图2-17 组合1应力图（MPa）2.3.3 结果分析及问题通过上述对比，有如下现象：1 联合截面和双单元模型在CS1阶段，结果基本一致。
(仅供参考)MIDAS 联合截面施工阶段分析方法
联合截面施工阶段分析方法（针对用户定义截面）联合结构是指由钢材和混凝土两种不同材料的构件，或者即使是一种材料但强度和材龄（如混凝土）不同的构件联合所构成的结构。
从前的分析方法是对联合前的各构件分别建立不同的模型，联合时对各构件进行刚性连接。
这种方法在进行静力分析时误差比较少，但考虑徐变和收缩等进行时间依存性分析时，就会产生很大的误差。
为了提高考虑材料时间依存特性时，对于联合截面分析结果的准确性，MIDAS/Civil提供了对联合截面进行施工阶段分析的方法。
进行联合截面施工阶段分析时，定义联合截面的方法有两种，Normal type和User type。
Normal type是指利用截面数据库中提供的联合截面(Composite section)或组合截面(SRC section)等已知联合前后各截面特性值的截面来定义的方法。
User type是指由用户来定义任意截面的特性值并将其在不同的施工阶段进行联合的方式。
关于Normal type的分析方法请参照技术资料「工字型钢混联合梁桥的施工阶段分析」，这里主要介绍一下在使用用户定义的方式进行联合截面施工阶段分析时，需要注意的事项和查看结果的方法。
下图为定义联合截面施工阶段的对话框。
（荷载>施工阶段分析数据>施工阶段联合截面）Normal type User type图1. 定义联合截面施工阶段的对话框Note!! 以上画面只有在定义了施工阶段和截面后才可以显示。
输入步骤建模步骤与一般的施工阶段分析建模步骤类似，只需在此基础上再定义联合截面的施工阶段即可。
其定义步骤如下。
1. 定义材料和截面2. 定义时间依存性材料特性 (选项)3. 建立结构模型 (几何形状、边界条件、荷载)4. 定义施工阶段5. 定义施工阶段联合截面这里结合例题重点介绍根据施工阶段定义联合截面的方法。
例题例题模型为一由主梁和桥面板构成的两跨连续梁桥，施工阶段如图2所示由4个阶段组成。
叠合箱网梁楼盖模板支撑体系设计与施工技术
叠合箱网梁楼盖模板支撑体系设计与施工技术网梁楼盖新型结构体系，属国家建设部推广应用的10项新技术之列。
近年来，以其适应跨度大，构件截面小，结构自重小，承载力与抗裂度高，且符合绿色施工标准等独特优势，在大型购物广场、巨大地下车库等大空间公共建筑中得到广泛应用。
但由于其设计跨度大，密肋与叠合箱结构荷载与刚度悬殊及支撑体系设计不合理，在混凝土浇筑过程中，时常发生叠合箱漂浮、受力形心偏移导致的支撑体系坍塌重大安全事故。
我们针对叠合箱网梁楼盖结构特点，展开模板支撑体系设计与施工技术研究，通过合理建模、结构验算与实体试验，形成了适用于网梁楼盖特殊结构形式的模板支撑体系技术。
一、施工方法的特点1 、技术先进。
通过精确设计验算，把支撑体系立杆设置在密肋十字节点处，可达到受力形心准确，立杆轴向力均衡一致，无次生应力的最佳受力状态；支撑体系水平杆件与竖向结构连接和纵横框架柱之间中心线上设置竖向连续剪刀撑的综合构造措施，大幅度提高了双向抗侧移刚度与整体稳定性。
2 、提高效率、节约成本。
立杆纵横间距均≥1.0m，水平杆第一步距1.8m，施工操作空间开阔,可操作性强；与传统施工方法相比，节约立杆用量5/9,缩短施工周期1/2以上，符合高效节能的绿色施工要求，创造了显著的社会效益和经济效益。
3 、安全可靠。
经过精确地试验研究、科学的设计验算和严格的施工工艺流程，该方法已在多个同类大型项目中成功应用。
二、适用范围本方法适用于购物广场、地下车库与共享大厅等大跨度叠合箱网梁楼盖模板支撑体系设计与施工。
三、工艺原理1 、通过对叠合箱板、纵横向密肋梁、暗框梁恒载和施工活荷载的正确取值进行了合理的设计验算，确保了模板面板、方木次楞、双钢管主楞及立杆的强度、挠度及稳定性要求。
2、通过支撑体系承载力与变形值的分析计算与优化，将立杆全部布置在密肋十字节点中心，使之达到受力形心准确，立杆轴向力均衡一致，无次生应力的最佳受力状态。
3 、通过先浇筑竖向构件混凝土，将支撑体系水平杆件与其做可靠连接，待竖向构件混凝土达到20MPa及其以上时，充分利用竖向结构自身抗力及在纵横框架柱之间中心线上搭设竖向连续剪刀撑，大幅度提高了双向抗侧移刚度与整体稳定性。
1 叠合梁模拟方法探讨-双单元VS施工联合截面
组合梁模拟方法探讨1问题描述：组合梁是一种较复杂的结构，截面通常由两种不同材料结合或不同工序结合而成的，亦称为联合梁。
目前，桥梁领域使用比较广泛的是钢-混凝土组合梁，其模拟方法基本有两种：①采用施工联合截面,②采用双单元。
对于相同的结构，分别采用上述两种方法，其结果是否一致？如果不相同，是什么原因造成的？2问题分析2。
1 模型基本情况介绍主梁为钢—混凝土组合结构,截面由工字型钢梁和混凝土桥面板结合而成，联合截面尺寸数据详见图2-1。
钢材和混凝土材料分别为Q235和C60。
结构为15m+5m+12m三跨连续梁,双单元模型和联合截面模型详见图2—2和图2-3。
图2—1 联合截面图2—2 双单元模型图2-3 联合截面模型2.2 模型细节模拟说明2.2。
1联合截面模型截面采用中上对齐，并且考虑剪切变形.施工阶段为架设钢梁和铺设混凝土板，架设钢梁时考虑自重及混凝土板的湿重。
单个单元消隐图详见图2-4。
图2—4 单元消隐图（中上对齐）2.2。
2 双单元模型工字钢和矩形混凝土板均采用中上对齐，并且考虑剪切变形,单元通过弹性连接刚性连接.施工阶段同联合截面模型，边界约束在混凝土板节点上，单个单元消隐图详见图2—5。
图2-5 单元消隐图(中上对齐)2.3 结果对比2。
3.1 架设钢梁(CS1）联合截面模型结果:图2—6 弯矩图（N。
mm)图2-7 位移图（mm）图2-8 组合1应力图(MPa）双单元模型计算结果：图2-9 弯矩图（N.mm）图2—10 位移图（mm）图2-11 组合1应力图(MPa)表格结果对比（单位：N，mm）模型CS1 弯矩My（max/min）位移（max/min）组合1应力(max/min) 联合截面47654543。
3/-51924832。
8 11.4/—107.2 258。
9/-237.7 双单元47689200/-51943700 11。
4/-107。
2 259。
0/-237.62。
midas联合截面问题
一：施工阶段联合截面分析的疑问：(1) 不能随施工阶段显示分层截面的逐步形成过程。
(2) 同一施工阶段内不能激活多个分层截面。
(3) 不能同时考虑非线性，PSC设计、梁单元细部分析、温度自应力也有问题。
(4) 各分层截面的理论厚度如何考虑？(5) [截面特征调整系数]与施工阶段联合截面中的[刚度系数]是什么关系？(6) 能否进行PSC设计？使用阶段截面应力验算中的P1~P10对应联合截面的什么位置？您好！现就您提出的几个问题逐一回复如下：1、如果您采用的是标准的联合截面建模，是可以分阶段显示结构形状的，除此以外只能显示建模用截面形状；2、同一阶段只能激活一种截面，如果要激活两种截面，可以另定义一个空阶段；3、PSC设计可以执行，但对于施工过程的应力验算不能做，对于成桥的抗力验算是按建模用截面进行验算的，因此我们始终建议用联合后截面建立模型。
不能给出梁单元细部分析结果，因此施工阶段联合截面的计算结果是分位置输出的，因此结果内容相对于单梁的梁单元内力和应力结果内容要详细。
温度计算时，注意建模截面要采用联合后截面，否则得到的温度计算结果是错误的。
（这种情况同样适用于施工阶段联合截面的动力分析中。
）4、构件理论厚度在施工阶段联合截面分析中只能指定一次，因此不同分层的不同构件理论厚度问题现在还不能模拟，建议使用联合后截面的构件理论厚度，毕竟施工过程的持续时间不是很长。
这个问题我们会再做研究。
5、两者都用于对所指定截面的特性的调整，不同的是刚度系数仅用于施工阶段联合截面，针对的是当前激活截面的特性的调整；而截面特性调整针对的是该阶段所有的截面，因此如果既在刚度系数中定义了调整系数，也在截面特性值系数中定义了调整系数，这两个系数取叠加作用。
6、可以进行PSC设计，但得到的结果不完整，没有关于施工阶段过程的验算。
施工阶段联合截面给出的截面应力是梁单元应力，因此只有6个点的计算应力。
位置P1~P10针对的是梁单元应力（PSC）的结果。
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组合梁模拟方法探讨
1问题描述：
组合梁是一种较复杂的结构，截面通常由两种不同材料结合或不同工序结合而成的，亦称为联合梁。
目前，桥梁领域使用比较广泛的是钢—混凝土组合梁，其模拟方法基本有两种：①采用施工联合截面，②采用双单元。
对于相同的结构，分别采用上述两种方法，其结果是否一致？如果不相同，是什么原因造成的？
2问题分析
2.1 模型基本情况介绍
主梁为钢—混凝土组合结构，截面由工字型钢梁和混凝土桥面板结合而成，联合截面尺寸数据详见图2-1。
钢材和混凝土材料分别为Q235和C60。
结构为15m+5m+12m三跨连续梁，双单元模型和联合截面模型详见图2-2和图2-3。
图2-1 联合截面
图2-2 双单元模型
图2-3 联合截面模型
2.2 模型细节模拟说明
2.2.1联合截面模型
截面采用中上对齐，并且考虑剪切变形。
施工阶段为架设钢梁和铺设混凝土板，架设钢梁时考虑自重及混凝土板的湿重。
单个单元消隐图详见图2-4。
图2-4 单元消隐图（中上对齐）
2.2.2 双单元模型
工字钢和矩形混凝土板均采用中上对齐，并且考虑剪切变形，单元通过弹性连接刚性连接。
施工阶段同联合截面模型，边界约束在混凝土板节点上，单个单元消隐图详见图2-5。
图2-5 单元消隐图（中上对齐）
2.3 结果对比
2.3.1 架设钢梁（CS1）
联合截面模型结果：
图2-6 弯矩图（N.mm）
图2-7 位移图（mm）
图2-8 组合1应力图（MPa）
双单元模型计算结果：
图2-9 弯矩图（N.mm）
图2-10 位移图（mm）
图2-11 组合1应力图（MPa）
表格结果对比（单位：N，mm）
模型CS1弯矩My（max/min)位移（max/min）组合1应力（max/min)联合截
面47654543.3/-51924832.811.4/-107.2258.9/-237.7
双单元47689200/-5194370011.4/-107.2259.0/-237.6
2.3.2 铺设混凝土板（CS2）
联合截面Part2计算结果：
图2-12 弯矩图（N.mm）
图2-13 位移图（mm）
图2-14 组合1应力图（MPa）
双单元模型混凝土板计算结果：
图2-15 弯矩图（N.mm）
图2-16 位移图（mm）
图2-17 组合1应力图（MPa）
模型CS2弯矩My（max/min)位移（max/min）组合1应力（max/min)联合截
面42487.3/-39206.37.8/-72.58.6/-9.4
双单元224855/-1421097.9/-73.18.8/-12.7
2.3.3 结果分析及问题
通过上述对比，有如下现象：
1 联合截面和双单元模型在CS1阶段，结果基本一致。
2 联合截面和双单元模型在CS2阶段，混凝土板的结果除位移结果外，内力及应力不一致。
3 联合截面Part2的弯矩图是连续的图形，双单元模型混凝土板的弯矩图是锯齿状的。
4 两个模型CS2阶段位移臂CS1阶段位移小。
结合开篇所提到的问题，我们可以看到，两种模拟方法的结果不一致，正常情况下，联合截面模型的计算结果是正确。
因此，还引申出下面两个进一步探讨的问题：Q1：双单元模型如何修正？
Q2：双单元模型弯矩图为什么是锯齿状的？
Q3：位移变小是否正常？
2.4 问题解决方案
2.4.1 问题1
采用双单元模拟组合梁时，不考虑截面的剪切变形的影响，其计算结果和联合截面模型基本一致，最大应力8.62MPa，最小应力-9.34MPa，应力结果详见图2-18。
图2-18 组合1应力图（MPa）
进一步分析知道，剪切变形对两种模型计算结果的差异起关键作用。
当采用双单元模拟时，由于弹性连接刚性连接混凝土板和钢工字型梁，形成框架结构，如图2-19。
因此，混凝土板的计算跨径相对于自身尺寸，容易形成深受弯构件，导致剪切变形的作用被放大，采用联合截面时，对于Part2而言不存在这个问题。
图2-19 框架结构
2.4.2 问题2
不考虑剪切变形时，双单元模型的弯矩图基本是连续。
相比联合截面模型，由于弹性连接刚性存在，会分担部分弯矩，因此并不是完全的连续。
以其中的350to353单元为例示意，详见图2-20。
图2-20 框架结构弯矩图
图2-21 弹性连接内力（77）
细心的观察会发现，弹性连接的弯矩在上下单元相交处，不满足弯矩平衡的原理。
比如，在节点353处，弯矩分别为-36.9（逆时针）、-37.3（顺时针）、10.07（顺时针）。
实际上这样理解是不对，结构分析是以质心连线为模型的，混凝土板是中上偏心的，因此有附加的弯矩是没考虑的，附加弯矩大小为单元轴力（或弹性连接的剪力Fz）和偏心的乘积，详细的计算过程，大家自己完成。
2.4.3 问题3
位移变小是不正常。
由于组合梁变形计算采用的单梁计算原理，即单一材料的弹性变形，因此组合梁查位移时，只有合计总位移。
但组合梁截面刚度是分阶段形成的，对于湿重模拟的阶段，变形发生是不可逆的。
为避免位移变小情况的发生，一定要强调在截面刚度完全形成前，不让结构发生位移，一般通过临时支撑实现。