midas计算预应力连续刚构桥梁工程课程设计
midas计算预应力连续刚构桥梁工程课程设计
预应力混凝土连续刚构桥结构设计书1.结构总体布置本部分结构设计所取计算模型为三跨变截面连续箱梁桥，根据设计要求确定桥梁的分孔，主跨长度为80m，取边跨46m，边主跨之比为0.575。
设计该桥为三跨的预应力混凝土连续梁桥（46m+80m+460m），桥梁全长为172m。
大桥桥面采用双幅分离式桥面，单幅桥面净宽20m （4X3.75行车道+1m左侧路肩+3.0m右侧路肩人行道+2X0.5m防撞护栏），两幅桥面之间的距离为1m，按高速公路设计，行程速度100Km/h。
桥墩采用单墩，断面为长方形，长14米，宽3.5米，高25米。
上部结构桥面和下部结构桥墩均采用C50混凝土，预应力钢束采用Strand1860钢材。
桥梁基本数据如下：桥梁类型 : 三跨预应力箱型连续梁桥(FCM)桥梁长度 : L =46 + 80 + 46 = 172 m桥梁宽度 : B = 20 m (单向4车道)斜交角度 : 90˚(正桥)桥梁正视图桥梁轴测图2．箱梁设计主桥箱梁设计为单箱单室断面，箱梁顶板宽20m，底板宽14m，支点处梁高为h支= (1/15 ~ 1/18)L中= 4.44 ~5.33m，取h支=5.0m，高跨比为1/16，跨中梁高为h中= (1/1.5~1/2.5) h 支= 2~ 3.33m，取h中=2.30m，其间梁底下缘按二次抛物线曲线变化。
箱梁顶板厚为27.5cm。
底板厚根部为54cm，跨中为27cm，其间分段按直线变化，边跨支点处为80cm，腹板厚度为80cm 具体尺寸如下图所示：箱梁断面图连续梁由两个托架浇筑的墩顶0号梁段、在两个主墩上按“T构”用挂篮分段对称悬臂浇筑的梁端、吊架上浇筑的跨中合拢梁段及落地支架上浇筑的边跨现浇梁段组成， 0号梁段长2m ，两个“T构”的悬臂各分为9段梁段，累计悬臂总长38m 。
全桥共有一个2m 长的主跨跨中合拢梁段和两个2m 长的边跨合拢梁段。
两个边跨现浇梁段各长4m ，梁高相同。
MIDAS进行预应力混凝土桥梁设计计算步骤
a. 定义混凝土和钢束的材料模型>材料和截面特性>材料。
b. 定义截面的几何尺寸模型>材料和截面特性>截面。
c. 建立桥梁模型(节点、单元、边界条件)d. 定义结构组、边界组在模型>组中定义组名称，考虑施工阶段的过程定义结构组合边界组的内容。
e. 定义自重在荷载>自重中定义，可单独定义为一个荷载组，并一定要在第一个施工阶段开始步骤激活。
f. 定义其他施工阶段荷载挂篮、湿重、二期恒载、其他荷载，同时定义所属的荷载组。
g. 定义移动荷载和人群荷载在荷载>移动荷载分析数据中定义车辆(人群)、车道。
h. 定义温度作用在荷载>温度荷载>系统温度中定义整体温升、温降在荷载>温度荷载>梁截面温度中定义温度梯度作用i. 定义支座沉降在荷载>支座沉降分析数据中定义。
j. 定义钢束截面荷载>预应力荷载>预应力钢束特性值。
k. 布置纵向预应力钢筋荷载>预应力荷载>预应力钢束钢束形状。
l. 布置纵向普通钢筋、弯起钢筋、腹板竖筋、抗扭钢筋、箍筋模型>材料和截面特性>PSC截面钢筋。
m. 定义各纵向预应力钢筋的张拉控制应力荷载>预应力荷载>钢束预应力。
n. 定义各纵向预应力钢筋的张拉控制应力在荷载>预应力荷载>钢束预应力定义，同时定义所属荷载组。
注意注浆阶段。
o. 定义施工阶段在荷载>施工阶段分析数据>定义施工阶段中定义p. 定义分析内容在分析>施工阶段分析控制中选择分析方法和输出选项。
在分析>移动荷载分析控制中选择移动荷载分析方法、冲击计算方法、输出选项。
q. 运行分析分析>运行分析。
r. 建立荷载组合在结果>和荷载组合的一般和“混凝土”中定义。
s. 查看分析结果在结果>反力中各施工阶段、使用阶段的反力在结果>位移中各施工阶段、使用阶段的位移在结果>内力中各施工阶段、使用阶段的内力在结果>应力>梁应力(PSC)中查看法向应力、剪切应力、主应力。
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建模计算(预应力混凝土连续箱梁桥)
midas建模计算（预应力混凝土连续箱梁桥）midas建模计算（预应力混凝土连续箱梁桥）纵向计算模型的建立1.设置操作环境1.1打开新项目，输入文件名称，保存文件1.2在工具-单位体系中将单位体系设置为“m”,“KN”,“kj”和“摄氏”。
2．材料与截面定义2.1 材料定义右键-材料和截面特性-材料。
C50材料定义如下图所示。
需定义四种材料：主梁采用C50混凝土，立柱、盖梁及桥头搭板采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。
预应力钢绞线采用1860级高强低松弛s 15.24钢绞线。
钢绞线定义时，设计类型：钢材；规范：JTG04（S）；数据库：strand 1860,名称：预应力钢筋2.2 截面定义2.2.1 利用SPC（截面特性值计算器）计算截面信息（1）在CAD中x-y平面内，以mm为单位绘制主梁所有的控制截面，以DXF 格式保存文件；绘图时注意每个截面必须是闭合的，不能存在重复的线段，并且对于组成变截面组的线段，其组成线段的个数应保持一致。
（2）在midas工具中打开截面特性计算器（SPC），在Tools-Setting中将单位设置为“KN”和“mm”；（3）从File-Import-Autocad DXF导入DXF截面；（4）从Model-Section-Generate中选择“Type-Plane”；不勾选“Merge Straight Lines”前面的复选框；Name-根据截面所在位置定义不同的截面名称从而生成截面信息；（5）在Property-Calculate Section Property 中设置划分网格的大小和精度，然后计算各截面特性；（6）从File-Export-MIDAS Section File导出截面特性文件，指定文件目录和名字，以备使用。
2.2.2 建立模型截面（1）右键-材料和截面特性-截面-添加-设计截面，选择设计用数值截面。
单击“截面数据”选择“从SPC导入”，选择刚导出的截面特性文件，并输入相应的设计参数。
MIDAS迈达斯_桥梁结构电算课程设计报告书
结构电算课程设计设计题目：桥梁结构计算学院：轨道交通学院专业：交通工程班级：XXXXXXXX学号：XXXXXXXXXX姓名：XXX上海应用技术大学实践课程任务书指导教师（签名）：教研室主任（签名）：2017年 12 月 15 日 2017年 12 月 15 日目录一、建模过程 (1)1 工程介绍 (1)2 模型建立 (1)3 施加静力荷载 (6)4 施加移动荷载 (7)二、施工过程 (9)三、数据结果 (10)（1） (10)（2） (12)（3） (14)四、数据分析 (16)五、实习总结 (16)一、建模过程1 工程介绍1.1 工程简介已知某桥上部结构为（20+4×25+20）m的混凝土连续板（图1），荷载等级为公路-Ⅱ级。
当连续板成桥后进行桥面现浇防水混凝土和沥青铺展层施工。
现不计外测护墙和内侧护栏基座的作用。
沥青混凝土图1（尺寸单位：cm）1.2 施工方式采用桥下满堂支架施工。
1.3 设计资料(1)沥青自重g1=13.455 kN/m；(2)C30防水混凝土自重g2=18.125 kN/m；(3)C40混凝土自重g3=121.635 kN/m；(4)二期恒载g4=13.455+18.125=31.58kN/m。
2 模型建立2.1 定义材料和截面2.1.1 定义材料此次桥梁设计用到的是C40混凝土，所以只需在材料中选择C40混凝土，相应的数值软件内都有的，不需要额外输入（图2）。
图2 材料数据2.1.2 定义截面设计书中的主梁截面为5个圆形，然而软件中并没有相对应的截面设计，因此需要把5个圆形替换成1个面积相等的矩形，而外部的轮廓尺寸还是按照原来的截面设计，只需要改变部分的内部轮廓尺寸。
S矩形=S圆=5πr²=5*π*40²=8000π cm²BI1=BI3=5d/2=5*80/2=200cm=2mHI3=S矩形/（2*BI1）=8000π/2/200=62.831cm=0.628mHI1=1.2-0.628-0.21=0.362m图3 设计截面2.2 建立节点/单元2.2.1 建立节点一般每个节点之间的间隔是2-3m，这次的桥梁的6个跨度分别是20m，25m，25m，25m，25m和20m。
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 /
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
MIDAS迈达斯_桥梁结构电算课程设计报告书
结构电算课程设计设计题目：桥梁结构计算学院：轨道交通学院专业：交通工程班级：XXXXXXXX学号：XXXXXXXXXX姓名：XXX上海应用技术大学实践课程任务书指导教师（签名）：教研室主任（签名）：2017年 12 月 15 日 2017年 12 月 15 日目录一、建模过程 (1)1 工程介绍 (1)2 模型建立 (1)3 施加静力荷载 (6)4 施加移动荷载 (7)二、施工过程 (9)三、数据结果 (10)（1） (10)（2） (12)（3） (14)四、数据分析 (16)五、实习总结 (16)一、建模过程1 工程介绍1.1 工程简介已知某桥上部结构为（20+4×25+20）m的混凝土连续板（图1），荷载等级为公路-Ⅱ级。
当连续板成桥后进行桥面现浇防水混凝土和沥青铺展层施工。
现不计外测护墙和内侧护栏基座的作用。
沥青混凝土图1（尺寸单位：cm）1.2 施工方式采用桥下满堂支架施工。
1.3 设计资料(1)沥青自重g1=13.455 kN/m；(2)C30防水混凝土自重g2=18.125 kN/m；(3)C40混凝土自重g3=121.635 kN/m；(4)二期恒载g4=13.455+18.125=31.58kN/m。
2 模型建立2.1 定义材料和截面2.1.1 定义材料此次桥梁设计用到的是C40混凝土，所以只需在材料中选择C40混凝土，相应的数值软件内都有的，不需要额外输入（图2）。
图2 材料数据2.1.2 定义截面设计书中的主梁截面为5个圆形，然而软件中并没有相对应的截面设计，因此需要把5个圆形替换成1个面积相等的矩形，而外部的轮廓尺寸还是按照原来的截面设计，只需要改变部分的内部轮廓尺寸。
S矩形=S圆=5πr²=5*π*40²=8000π cm²BI1=BI3=5d/2=5*80/2=200cm=2mHI3=S矩形/（2*BI1）=8000π/2/200=62.831cm=0.628mHI1=1.2-0.628-0.21=0.362m图3 设计截面2.2 建立节点/单元2.2.1 建立节点一般每个节点之间的间隔是2-3m，这次的桥梁的6个跨度分别是20m，25m，25m，25m，25m和20m。
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预应力混凝土连续刚构桥结构设计书
1.结构总体布置
本部分结构设计所取计算模型为三跨变截面连续箱梁桥，根据设计要求确定桥梁的分孔，主跨长度为80m，取边跨46m，边主跨之比为0.575。
设计该桥为三跨的预应力混凝土连续梁桥（46m+80m+460m），桥梁全长为172m。
大桥桥面采用双幅分离式桥面，单幅桥面净宽20m （4X3.75行车道+1m左侧路肩+3.0m右侧路肩人行道+2X0.5m防撞护栏），两幅桥面之间的距离为1m，按高速公路设计，行程速度100Km/h。
桥墩采用单墩，断面为长方形，长14米，宽3.5米，高25米。
上部结构桥面和下部结构桥墩均采用C50混凝土，预应力钢束采用Strand1860钢材。
桥梁基本数据如下：
桥梁类型 : 三跨预应力箱型连续梁桥(FCM)
桥梁长度 : L =46 + 80 + 46 = 172 m
桥梁宽度 : B = 20 m (单向4车道)
斜交角度 : 90˚(正桥)
桥梁正视图
桥梁轴测图
2．箱梁设计
主桥箱梁设计为单箱单室断面，箱梁顶板宽20m，底板宽14m，支点处梁高为h支= (1/15 ~ 1/18)L中= 4.44 ~5.33m，取h支=5.0m，高跨比为1/16，跨中梁高为h中= (1/1.5~1/2.5) h 支= 2~ 3.33m，取h中=2.30m，其间梁底下缘按二次抛物线曲线变化。
箱梁顶板厚为27.5cm。
底板厚根部为54cm，跨中为27cm，其间分段按直线变化，边跨支点处为80cm，腹板厚度为80cm 具体尺寸如下图所示：
箱梁断面图
连续梁由两个托架浇筑的墩顶0号梁段、在两个主墩上按“T构”用挂篮分段对称悬臂浇
筑的梁端、吊架上浇筑的跨中合拢梁段及落地支架上浇筑的边跨现浇梁段组成， 0号梁段长2m ，两个“T构”的悬臂各分为9段梁段，累计悬臂总长38m 。
全桥共有一个2m 长的主跨跨中合拢梁段和两个2m 长的边跨合拢梁段。
两个边跨现浇梁段各长4m ，梁高相同。
主墩墩顶箱梁综合考虑受力和变形情况箱梁内各设柔性横隔板2道，边墩顶各设横隔板一道。
为满足施工和管理需要，在每道横隔板出均设置了人洞。
同时为保持箱内干燥，在箱梁根部区段底板上设有排水口。
3．荷载参数
3.1永久荷载
结构重力
在程序中以自重输入 二期恒载 W=32.5KN/m
3.2预应力荷载
跨中与边跨钢束()196.0(192.15-''⨯ϕϕmm ) 截面面积 :2
353.2619387.1cm A p =⨯= 顶板钢束()196.0(312.15-''⨯ϕϕmm ) 截面面积 :297.94231387.1cm A p =⨯= 孔道直径 :mm 103/100
张拉力 : 施加75%抗拉强度的张力 张拉初期的损失(由程序计算) 摩擦损失 :)kL (0)X (e P P +μα-⋅= 顶板束 : 20.0=μ, 001.0k = 底板束 : 30.0=μ, 006.0k = 锚固端滑移量 : mm 6I c =∆
混凝土弹性压缩预应力损失 : 损失量, SP P E A f P ⋅∆=∆ 预应力长期损失(由程序计算) 应力松弛
徐变和干缩引起的损失
3．3徐变和干缩
条件
水泥 : 普通水泥
t=日
施加持续荷载时混凝土的材龄 : 5
o
t=日
混凝土暴露在大气中时的材龄 : 3
s
相对湿度 : %
RH=
70
大气或养生温度 : C
=
T︒
20
适用标准 : 道桥设计标准 (CEB-FIP)
徐变系数 : 由程序计算
混凝土干缩应变 : 由程序计算
3．4挂篮荷载
假设挂篮自重如下
P=
80
0.
tonf
3.5可变荷载
可变作用主要考虑汽车荷载、温度作用、支座沉降等作用。
汽车荷载为高速公路1级，4车道布置，考虑荷载横向分布系数0.67，不考虑人群荷载作用。
温度作用考虑四种工况，体系温升20℃，体系温降-20℃。
每个支座均考虑支座沉降，其中沉降量均为10mm，取最不利组合。
3.6使用状态荷载组合
正常使用极限状态下，标准值组合恒载组合系数1.0，汽车荷载组合系数为0.7。
；承载力极限状态下，结构的重要性系数为1.1，恒载组合系数1.2，汽车荷载组合系数为1.4，温度组合系数0.8；标准值组合恒载组合系数1.0，汽车荷载组合系数为1.0。
4．计算模型
4.1单元与节点
计算模型中全桥共划分为61节点，58个单元。
确定计算模型时主要根据主桥梁段划分情况来确定，每一悬浇段为一个单元。
施工阶段分析考虑挂篮移动，混凝土浇注，预应力钢筋张拉以及施工临时荷载的变化等。
0号梁段长2m，两个“T构”的悬臂各分为9段梁段，累计悬臂总长38m。
全桥共有一个2m长的主跨跨中合拢梁段和两个2m长的边跨合拢梁段。
两个边跨现浇梁段各长4m，梁高相同。
4.2预应力体系
纵向预应力钢束共设置了顶、底板束和腹板束，采用Strand1860钢材，设计张拉应力1395Mpa.
部分预应力筋如图
顶板横向预应力沿轴线每60cm布置一束，钢束均采用φ15.24-3钢绞线，设计张拉吨位586kN，用扁锚体系锚固，采用两端张拉方式，竖向预应力钢筋采用φ32的精轧螺纹粗钢筋，设计张拉吨位为673kN，采用梁顶一端张拉方式锚固。
5.施工阶段模拟
桥箱梁按两个“T”对称悬臂浇筑施工，0号梁段采用搭设托架现场浇筑完成，其余梁段采用挂篮悬臂浇筑，两边跨各4m现浇梁段采用搭设支架现浇，边跨合拢段长为2m，中跨合拢段长为2m。
全桥共分为26个施工阶段。
悬臂法(FCM)的施工顺序一般如下：
具体施工顺序为：
浇注桥墩
浇注0#块，张拉预应力筋，加挂篮
浇注2#块，张拉预应力筋，移动挂篮
挂篮待前一块浇注完毕并张拉预应力筋后，向下块移动。
浇注9#块，张拉预应力筋，并在两侧搭建临时支撑浇注边跨现浇段。
边跨合拢，张拉预应力筋，拆除临时支撑。
中跨合拢
张拉全部边跨预应力筋与中跨预应力筋
6.施工阶段分析
施工过程中桥面顶板各点所受最大拉应力如图：
施工过程中桥面顶板各点所受最大压应力如图：
施工过程中桥面底板各点所受最大拉应力如图：
施工过程中桥面底板各点所受最大压应力如图：
施工过程中桥面顶板各点所受最大拉应力为1.8MPa，最大压应力为3.3MPa
施工过程中桥面底板各点所受最大压应力为1.7MPa，最大压应力为9.5Mpa，都满足规范要求。
7．使用阶段分析
使用阶段荷载组合：正常使用极限状态下，标准值组合恒载组合系数1.0，汽车荷载组合系数为0.7。
；承载力极限状态下，结构的重要性系数为1.1，恒载组合系数1.2，汽车荷载组合系数为1.4
正常使用状态弯矩包络图：
极限状态弯矩包络图：
正常使用状态应力图
极限状态应力图
正常使用状态下桥面顶板所受拉应力与压应力如下：
正常使用状态下桥面底板所受拉应力与压应力如下：
极限状态下桥面顶板所受拉应力与压应力如下：
极限状态下桥面底板所受拉应力与压应力如下：
由上述结果可知，正常使用状态下桥面板顶板与底板的拉应力与压应力均在要求范围内。
极限状态下桥面板顶板与底板的拉应力超出3Ma，但考虑到极限状态并不常出现，因此在此可以认为符合要求。
升温20度时桥面最大应力
降温20度时桥面最大应力
沉降对桥面的最大拉应力与最大压应力
挠度要求：
有图可以看出主梁在汽车荷载（不计冲击力）作用下最大位移为8.4mm，满足规范要求（L/600=133mm）。