MIdas_Gen_内部教程：施工阶段解读
MIDAS教程
PSC变截面箱梁施工阶段及PSC设计例题北京迈达斯技术有限公司2007年3月19日一、结构描述 (2)二、结构建模 (4)三、分步骤说明 (4)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)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。
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图1-2支座截面示意桥梁立面图如图2所示。
图2连续梁立面图图3钢束布置形状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二、结构建模对于施工阶段分析模型，通常采用的建模方法是：1、定义材料和截面特性（包括混凝土收缩徐变函数定义）；2、建立上部梁单元并赋予单元截面属性；3、定义结构组并赋予结构组信息；4、建立边界组并定义边界条件；5、定义荷载工况和荷载组；6、定义施工阶段；7、分阶段定义荷载信息（分施工阶段荷载和成桥荷载两部分）；8、分析，分析完成后定义荷载组合进行后处理结果查看；9、定义设计验算参数按照JTG D62对结构进行长短期及承载能力验算。
下面就每个步骤分别详述如下——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）。
MIDASgen操作流程介绍
MIDAS/gen操作流程介绍操作流程L在MIDAS中新建一个模型：2.将CAD单线模型转换成DXF格式导入MIDAS（midm不识别曲线模型，并注意尺寸数问题）；3.定义材料及截面属性；4.指定支座节点形式（边界条件）：5.检查结构数据；6.定义荷载工况及荷载组合（DL；LL；WL；TS；TL；RL；SL等）7.荷载加载（坐标轴选取：整体坐标轴且是否选取投影面积；局部坐标轴）；8杆件释放（释放梁端约束）；9.前处理阶段运行；10.查看模态、变形及内力，并判断模型是否准确（如果对模型并不确保准确，可在荷载加载阶段只添加重力荷载，进行简单运行，初步检查模型是否正确）；1L后处理阶段试算:12.根据试算结果，查看应力比及设计细节，调整覆盖项参数（再修改程序默认定义不准确的杆件类型以及杆件长细比）。
王I 导入模型开始就要设置好所需单位噢,荷,周L ；p f =自“娟孟J的隔-■独书才加期出-明荏分G 数糖q萌问我才析算俺h 军法敲忻处据l 水北照才析的is国丰玷性分析硼：i 融工mr 叫忻我造鼓跳2曲卜%直调w三或-m 命令信担心汗福面7捕捉类图标/看这里看这里看这里显不类图标所有功能应有尽有，只有你想不到没有他做不到其他软件一样有一些快捷键,比如F2只显示选中单元、F5前处理阶段运行、F8单元验算、F12删除多余杆件等。
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midasGen钢结构施工阶段分析
④ 混合结构
11.3.3 竖向荷载作用计算时，宜考虑钢柱、型钢混凝土(钢管混凝土)柱与钢筋混凝土核心筒竖 向变形差异引起的结构附加内力，计算竖向变形差异时宜考虑混凝土收缩、徐变、沉降及施工调 整等因素的影响。
• 条文说明：外柱与内筒的竖向变形差异宜根据实际的施工工况进行计算。在施工阶段，宜 考虑施工过程中已对这些差异的逐层进行调整的有利因素，也可考虑采取外伸臂桁架延迟封 闭、楼面梁与外周柱及内筒体采用铰接等措施减小差异变形的影响。在伸臂桁架永久封闭以 后，后期的差异变形会对伸臂桁架或楼面梁产生附加内力，伸臂桁架及楼面梁的设计时应考 虑这些不利影响。
不均匀变形引起的附加应力
需要对结构进行加固处理
W
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12
12
L
+
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L2
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L2
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16 /13
有限元软件施工模拟的实现
1.2为什么要考虑施工阶段模拟？
施工模拟 实现方法
3D3S
有专门的施工 模拟模块
SAP2000
有专门的施工 模拟模块
优缺点
主要针对钢结构 后处理不够强大
后处理与中国 规范结合不好
4、施工阶段分析控制
最终施工阶段： 选择用哪个施工阶段的结果与其他荷载工况(如地震、风荷载等)进 行组合。 从施工阶段分析结果的恒荷载中分离出的荷载工况 施工阶段的分析结果，除收缩徐变和预应力松弛外，都保存在CS ：恒荷载下；在此将特定工况结果从CS：恒荷载中分离出来，保 存在CS：活荷载下； 荷载组合时，施工阶段活载采用与使用阶段活载相同的组合系数；
外伸桁架的上下弦构件和柱的连接
20
拼装工程
① 拼装工程 通过拼装过程的模拟分析，分析构件应力和支座反力的变化。
madis gen 施工阶段分析
5.定义荷载及边界条件
自重属于施工阶段恒载的范畴； 施工阶段分析时，自重应定义 在第一个施工阶段的荷载组中， 其他施工阶段程序会自动读取。
6. 定义施工阶段
菜单：荷载->施工阶段分析数据->定义施工阶段 添加子步骤：输入子步骤持续 时间； 同一施工阶段结构和边界条件相 同，但各子步骤加载时间可以不 同。 材龄：施工阶段开始时，结 构组已经具备的材龄。 一般为从混凝土浇筑到拆除脚手 架，结构开始工作的时间。
6. 定义施工阶段
菜单：荷载->施工阶段分析数据->定义施工阶段
支承条件/弹性支撑位置 变形前：边界条件应用到变形前 的位置；若结构已发生变形，相 当于先施加一到初始位置的强制 位移； 变形后：边界条件应用到变形后 的位置；
7. 施工阶段分析控制
最终施工阶段：选择用哪个施 工阶段的结果与其他荷载工况(如 地震、风荷载等)进行组合。
会过高估计竖向构件变形的影响，导致构件内力结果
与实际受力状态相差较大；
施工阶段在PKPM中的实现
• • 一次性加载：不考虑施工阶段； 施工模拟1：假定结构已经存在，只不过是荷载逐层 施加；
••施ຫໍສະໝຸດ 模拟2：施工模拟1 + 竖向构件刚度放大10倍； 削弱竖向荷载按刚度的重分配；
施工模拟3：分层计算刚度后分层施加竖向荷载。
累加模型：
每个施工阶段分析时，均继承上 个施工阶段的内力和位移作为初 始状态，同时激活当前施工阶段 的单元，荷载和边界条件进行分 析； 可以考虑混凝土的收缩徐变； 独立模型： 不考虑之前阶段的结果，应用该 阶段及之前的所有单元，荷载和 边界条件进行分析； 主要用于大变形等几何非线性 分析；
8. 查看结果
MIDAS gen操作流程介绍
2
MIDAS页面简介
捕捉类图标
显示类图标
看这里 看这里 看这里 所有功能应有尽有，只 有你想不到没有他做不 到
跟其他软件一样有一些 快捷键，比如F2只显示选中 单元、F5前处理阶段运行、 F8单元验算、F12删除多余杆 件等。各种命令有待你慢慢 挖掘:-D
视图类图标
导入模型开始就要设置好所需单位噢
MIDAS/gen操作流程介绍
操作流程
1.在MIDAS中新建一个模型；
2.将CAD单线模型转换成DXF格式导入MIDAS(midas不识别曲线模型，并注意尺寸一致问题）； 3.定义材料及截面属性； 4.指定支座节点形式（边界条件）；
5.检查结构数据；
6.定义荷载工况及荷载组合（DL；LL；WL；TS；TL；RL；SL等） 7.荷载加载（坐标轴选取：整体坐标轴且是否选取投影面积；局部坐标轴）； 8.杆件释放（释放梁端约束）； 9.前处理阶段运行； 10.查看模态、变形及内力，并判断模型是否准确（如果对模型并不确保准确，可在荷载加载阶段 只添加重力荷载，进行简单运行，初步检查模型是否正确）； 11.后处理阶段试算 ； 12.根据试算结果，查看应力比及设计细节，调整覆盖项参数（再修改程序默认定义不准确的杆件 类型以及杆件长细比）。
计算模型的建立—线模型的建立
1 方法一： 2 方法二：
4
模型导入
CAD中按截面类型分层， 导入时逐层导入定义， 方便后续操作。
结构类型
检查是否有重复单元F12，并删除多余单元， 同时检查单元局部坐标轴，如有错误进行 修改。
将单元自重转换 为质量，当进行动力 分析（包括地震动力 分析）时，必须要在 结构类型中设定相关 条目。
边界条件
修改边界条 件时需注意
midasgen学习总结讲解
同YJK查看midas工作树形菜单中“质量”只有节点质量，各节点的质量大小及分布
与YJK完全一致，不需要在gen中再将荷载和自重转换为质量。建议取此选项。
Midas自算：查看midas工作树形菜单中“质量”有荷载转化为质量，同时“结构类型” 中参数“将自重转化为质量”也自动勾选。转入了在YJK定义的各种材料重度及密度。
3.墙体转换
板：墙与连梁（墙开洞方式）都转换成midas的板单元，自动网格划分，分析结果较墙
单元精确，但不能按规范给出配筋设计。
墙单元：墙转换成墙单元的板类型，连梁转换成梁单元。分析结果没有板单元精确，但 能按规范给出配筋设计。
4.楼板表现
楼板分块：导入到midas楼板为3节点或4节点楼板，需要在midas划分网格。
2.板单元应力
在整体坐标系中
Sig-XX:整体坐标系X轴方向的轴向应力。
Sig-YY:整体坐标系Y轴方向的轴向应力。
Sig-ZZ:整体坐标系Z轴方向的轴向应力。
t定义结构类型和层数据；
5运行分析：先设定特征值的振型数量，然后点击运行分析。
2、分析结果
1添加荷载组合；
2周期与振型（对应周期比，与YJK对比分析的第一步）；
3稳定验算（对应刚重比）；
4侧向刚度不规则验算（对应侧向刚度比，考虑Ex、Ey）;
5楼层承载力突变验算（对应层剪力比，考虑Ex、Ey）;
6层剪重比（反应谱分析）（对应剪重比，，考虑Ex、Ey）;
厚板考虑了横向剪切变形的影响，与板的实际情况更符合。
3约束平面内旋转自由度：
勾选，板单元与梁单元间的连接为刚接，不勾选则铰接。
4楼板是否建入模型中
楼板即使建入，也不能考虑板对梁翼缘的刚度贡献，即梁刚度还是需手动设放大系数。
迈达斯模拟连续梁悬臂施工阶段分析
偏心 > 中央-上部
图6 变截面的构成 8
使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析
结构模
使用MIDAS/CIVIL的一般功能建立悬臂法桥梁模型。 为了做施工阶段分析，在定义了施工阶段之后，MIDAS/CIVIL将在两个作业模式(基 本阶段和施工阶段)内运作。 在基本阶段模式中，用户可以输入所有结构模型数据、荷载条件以及边界条件，但 不在此阶段做结构分析。施工阶段模式是能做结构分析的模式。在施工阶段模式中，除 了各施工阶段的边界条件和荷载之外，用户不能编辑修改结构模型。 施工阶段不是由个别的单元、边界条件或荷载组成的，而是将单元群、边界条件群 以及荷载群经过激活和钝化处理后形成的。在施工阶段模式中可以编辑包含于处于激活 状态的边界群、荷载群内的边界条件和荷载条件。 悬臂法桥梁的施工阶段荷载(钢束的预应力、挂篮荷载、桥梁段自重等)条件非常复 杂，所以一般在基本阶段模式中建立结构模型和边界条件，在施工阶段模式中输入各施 工阶段的荷载。 建模的步骤如下。 1. 建立预应力箱型梁模型 2. 建立桥墩模型 3. 定义时间依存性材料并与材料连接 4. 建立结构群 5. 建立边界群并输入边界条件 6. 建立荷载群
类型 > 混凝土 ; 规范 > KS-Civil(RC) 数据库 > C270
名称 (钢束) ; 类型 > 由用户定义 ; 分析数据
弹性模量 (2.0e7) 线膨胀系数 (1.0e-5)
规范 > None
图2 定义材料特性对话框 4
使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析
将桥墩截面定义为用户类型后定义预应力箱型梁截面。使用变截面群功能将变截面 区段定义为群，用户输入两端部的截面后程序会自动生成内部截面。因此用户不需要按 桥梁段输入预应力箱型桥梁截面，只需使用变截面群功能输入支座处和跨中截面，程序 自动会计算出整个桥梁的截面变化。
迈达斯桥梁施工阶段分析
Select Single(Nodes :1)
Boundary Group Name>B-G1
Options>Add
Support Type>Dy, Dz, Rx(on)
Select Single(Nodes :16)
Boundary Group Name>B-G1
张拉后的瞬间损失（程序自动计算）
摩擦损失:
,
锚固装置滑动引起的损失:
弹性收缩引起的损失:损失量
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: 5天
混凝土与大气接触时的材龄: 3天
相对湿度:
大气或养护温度:
适用规范:CEB-FIP
Model / Property / Time Dependent Material(Comp. Strength)
Name(Comp.Strength); Type>Code
Development of Strength>Code>CEB-FIP
Concrete Compressive Strength at 28 Days (S28)(4000)
图14.输入静力荷载工况的对话框
输入恒荷载
使用自重功能输入恒荷载。
Load /Self Weight
Load Case Name >恒荷载
Load Group Name >Selfweight
Self Weight Factor > Z (-1)
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北京迈达斯技术有限公司 市场部
主要内容
---施工阶段分析的意义； ---施工阶段在PKPM中的实现； ---Midas Gen中施工阶段分析的特点； ---Midas Gen中施工阶段分析的步骤；
施工阶段分析的意义
不做施工阶段分析，即先假定结构已经完成，然后将 荷载一次性加载到结构上； 不能考虑找平和逐层施工的影响： *下层变形对以上楼层基本无影响； *本层加载对未施工楼层无影响； 会过高估计竖向构件变形的影响，导致构件内力结果 与实际受力状态相差较大；
3.结构组、边界组、荷载组的定义
根据施工阶段定义相应的结构组、边界组和荷载组；
除用于施工阶段分析以外，在一般分析中也可以定义结 构组，方便对多个构件的统一编辑以及结果查看。
在定义组阻尼比时也会用到结构组和边界组；
4.分配结构组
可利用拖放功能分配结构组；
充分利用各种选择功能； 按属性激活（ctrl+D），方向选择过滤器等；
1.时间依存性材料的定义 • 将时间依存性材料特性赋 给之前定义的一般材料
选择之前定义的收缩徐变特性 及强度进展特性；
选择要赋予的材料； 点击“添加”
2. 定义荷载工况和楼面荷载
DC：施工阶段恒荷载； LC: 施工阶段活荷载；
LL: 使用阶段活荷载;
2. 定义荷载工况和楼面荷载
OFFICE1: 施工阶段楼面荷载； DC=-4.3， LC=-1.0 OFFICE2: 施工阶段结束后楼面活荷载； LL=-2.0
Midas Gen中施工阶段分析的步骤 1. 时间依存性材料的定义 2. 定义荷载工况和楼面荷载 3. 结构组、边界组、荷载组的定义 4. 分配结构组 5. 定义荷载及边界条件 6. 定义施工阶段
7. 施工阶段分析控制
8. 查看结果
1.时间依存性材料的定义
• 材料收缩和徐变的定义
中国规范：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （ JTJ 023-85 及JTG D62-2004 ）； 构件的理论厚度可先假定此值，程序会自动计算； 开始收缩时的混凝土材龄：浇筑后混凝土开始收缩的时间。
8. 查看结果
CS1~CS6：可查看各施工阶段下结构分析结果； Min/Max：各施工阶段的最大值和最小值； PostCS： 后施工阶段，可查看阶段荷载以外的其 它荷载工况及荷载组合的结果；
8.查看结果
结果->施工阶段柱弹性收缩图形
Elastic: 弹性变形； Creep: 因为徐变引起的变形； Shrinkage: 因为收缩引起的变形； Total: 弹性收缩+徐变+收缩变形之和； Up to casting: 下层荷载引起的本层竖向位移； 用于施工中抄平； Sub to casting: 本层+以上层荷载引起的本层 竖向位移； 施工阶段的真实结果，可用于确定预留高度；
在此将特定工况结果从CS：恒 荷载中分离出来，保存在CS： 活荷载下；
荷载组合时，施工阶段活载采用 与使用阶段活载相同的组合系数；
7. 施工阶段分析控制
结果->荷载组合
7. 施工阶段分析控制
累加模型：
每个施工阶段分析时，均继承上 个施工阶段的内力和位移作为初 始状态，同时激活当前施工阶段 的单元，荷载和边界条件进行分 析； 可以考虑混凝土的收缩徐变； 独立模型： 不考虑之前阶段的结果，应用该 阶段及之前的所有单元，荷载和 边界条件进行分析； 主要用于大变形等几何非线性 分析；
1.时间依存性材料的定义
• 定义徐变数据 柔度函数：在不变的单位应力作用下的应变 （包含瞬时弹性应变)。
徐变度：在不变的单位应力作用下的应变(不 包含瞬时弹性应变)。
徐变系数：徐变度与弹性模量之比。
1.时间依存性材料的定义 • 混凝土材料抗压强度发展曲线
注：目前还没加入中国规范，包括美国，欧洲， 日本，韩国等规范。
支承条件/弹性支撑位置
变形前：边界条件应用到变形前 的位置；若结构已发生变形，相 当于先施加一到初始位置的强制 位移； 变形后：边界条件应用到变形后 的位置；
7. 施工阶段分析控制
最终施工阶段：选择用哪个施 工阶段的结果与其他荷载工况(如 地震、风荷载等)进行组合。 从施工阶段分析结果的恒荷载 中分离出的荷载工况 施工阶段的分析结果，除收缩徐 变和预应力松弛外，都保存在C S：恒荷载下；
5.定义荷载及边界条件
定义方法同一般分析，唯一不同是需要选择荷载组 名称或边界组名称；
若选择了默认组，则在施工阶段分析中不能被激活； 只能作为施工阶段结束之后的荷载或边界条件；
5.定义荷载及边界条件
自重属于施工阶段恒载的范畴； 施工阶段分析时，自重应定义 在第一个施工阶段的荷载组中， 其他施工阶段程序会自动读取。
6. 定义施工阶段
菜单：荷载->施工阶段分析数据->定义施工阶段 添加子步骤：输入子步骤持续 时间； 同一施工阶段结构和边界条件相 同，但各子步骤加载时间可以不 同。
材龄：施工阶段开始时，结 构组已经具备的材龄。
一般为从混凝土浇筑到拆除脚手 架，结构开始工作的时间。
6. 定义施工阶段
菜单：荷载->施工阶段分析数据->定义施工阶段
结构类型 框架-剪力墙结构 层数 高度 材料 地下4层，地上51层； 188.57m 混凝土剪力墙 型钢混凝土柱 钢梁
地面以上先施工框架， 施工特点 全部框架结束后施工 剪力墙
Midas Gen中施工阶段分析的特点
弹性变形：混凝土在龄期（t0）时施加荷载后引起的 瞬时变形； 收缩：混凝土在空气中硬化时由于水分散发而引起的 收缩变形； 徐变：无附加应力情况下产生的变形；
施工阶段在PKPM中的实现
•
•
一次性加载：不考虑施工阶段；
施工模拟1：假定结构已经存在，只不过是荷载逐层 施加；
• •
施工模拟2：施工模拟1 + 竖向构件刚度放大10倍； 削弱竖向荷载按刚度的重分配； 施工模拟3：分层计算刚度后分层施加竖向荷载。
Midas Gen中施工阶段分析的特点
• • • 考虑混凝土材料的收缩徐变影响； 施工阶段的定义以结构组为基础，摆脱层的限制； 考虑边界条件的变化；