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1、连续刚构悬臂法施工实例连续刚构悬臂法施工实例 悬臂法的施工顺序和施工阶段分析 本用户指南将使用“使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析”中的例题，学习掌握使用一般建模功能做施工阶段分析的步骤。悬臂法(FCM)的施工顺序一般如图：悬臂法施工阶段分析应该正确反应上面的施工顺序。施工阶段分析中各施工阶段的定义，在MIDAS/CIVIL里是通过激活和钝化结构群、边界群以及荷载群来实现的。下面将MIDAS/CIVIL中悬臂法桥梁施工阶段分析的步骤整理如下。1.定义材料和截面2.建立结构模型3.定义并构建结构群4.定义并构建边界群5.定义荷载群6.输入荷载7.布置预应力钢束8.张拉预应力钢束9.定义时间依存

2、性材料特性值并连接10.运行11.确认分析结果模型l设定操作环境设定操作环境文件文件/新项目新项目 文件文件/保存保存(挂篮计挂篮计算算)在新项目选择工具在新项目选择工具单单位体系位体系 长度长度 选择选择m,力力(质质量量)选择选择tonf 点击确定点击确定l定义构件材料定义构件材料l定义时间依存材料定义时间依存材料为了考虑徐变、收缩以及弹性模量的变化，定义时间依存材料。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

3、自动会计算出整个桥梁的截面变化。首先定义桥墩截面l定义构件截面定义构件截面首先定义主梁截面 现以跨中截面为例，讲解如何定义主梁控制界面l定义构件截面定义构件截面l定义构件截面定义构件截面由于连续刚构主梁为变截面形式，所以需要定义变截面来模拟主梁。即为了使各截面定义为变截面群，必须先定义变截面l定义构件截面定义构件截面l结构建模结构建模 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

4、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

5、.建立荷载群l结构建模结构建模建立预应力箱梁模型建立预应力箱梁模型 参照下图建立预应力箱型梁模型。将每个桥梁段看作一个梁单元，以零号块和桥墩的交点、桥墩和桥墩的中心距离为基准分割单元。满堂支架法区段应考虑下部钢束的锚固位置分割单元。首先建立节点后使用 扩展单元 功能建立预应力箱型梁右班跨模型。l结构建模结构建模建立预应力箱梁模型建立预应力箱梁模型l结构建模结构建模建立预应力箱梁模型建立预应力箱梁模型使用镜像功能将生成的右半跨梁单元对称复制。为了将对称复制的左侧的梁单元的坐标轴与右侧梁单元的坐标轴一致，选择反转单元坐标轴选项。l结构建模结构建模建立预应力箱梁模型建立预应力箱梁模型l结构建模结构建

6、模建立预应力箱梁模型建立预应力箱梁模型使用选择属性单元功能和工作树形菜单功能修改变截面区段和零号块梁单元截面。考虑到合龙段的支模一般将与合龙段连接的桥梁段12设计为等截面，所以将桥梁段1 15和零号块端部单元的截面修改为变截面。由跨中向支座变化的截面修改为跨中支座截面，由支座向跨中变化的截面修改为支座-跨中截面，零号块截面修改为支座截面。l结构建模结构建模建立预应力箱梁模型建立预应力箱梁模型使用 变截面组功能将变截面区段的梁单元指定为变截面群。l结构建模结构建模建立桥墩模型建立桥墩模型复制预应力箱型梁的节点后使用 扩展单元功能建立桥墩模型。将桥墩全长24m分割成12等分。l结构建模结构建模建立

7、结构群建立结构群图是悬臂法桥梁的施工顺序和施工工期的计划表。在施工工序计划表中可以看出桥墩1和桥墩2有60天的施工时间差，所以当施工合龙段时两侧的桥梁段有60天的材龄差。在实际建立施工阶段模型时，按两侧桥墩同时施工经过同样的施工阶段直到施工合龙段之前。在施工合龙段之前将桥墩1的材龄增加60天。因为在施工阶段构件的安装和拆除是通过结构群的激活和钝化命令来完成的，所以首先应该将同时施工的单元分别定义为结构群。l结构建模结构建模建立结构群建立结构群建立结构群之前先生成结构群。l结构建模结构建模建立结构群建立结构群使用选择属性单元功能和工作树形菜单功能将生成的结构群分配给梁单元。将定义的结构群钝化后再

8、定义新的结构群，可以通过激活和钝化随时查看定义的结构群。l结构建模结构建模定义边界群以及输入边界条件定义边界群以及输入边界条件建立模型之后，按桥梁段查看结构群。给建立的模型输入边界条件。在施工阶段分析中，单元、荷载、边界条件等所有信息都是以群的概念出现，通过激活和钝化群来建立各施工阶段。为了输入边界条件首先定义边界群。l结构建模结构建模定义边界群以及输入边界条件定义边界群以及输入边界条件输入边界条件。将桥墩下端设置为固端，将预应力箱型梁两端设置成沿桥梁方向的滚动支座。l结构建模结构建模定义边界群以及输入边界条件定义边界群以及输入边界条件为了使桥墩和预应力箱型梁在连接位置有相同的位移，使用弹性连

9、接中连接类型选项中刚性连接将其连接起来。l结构建模结构建模定义边界群以及输入边界条件定义边界群以及输入边界条件建立结构群之前先生成结构群。l建立荷载群建立荷载群 施工阶段荷载有结构自重、钢束的预应力荷载、挂篮(form traveller)自重、混凝土湿重(wet concrete)等四种。当激活结构物的自重时，程序将自动考虑已激活的结构群的自重。除了自重以外的其它三种荷载在各个施工阶段要分别输入。各施工阶段的静力荷载如下。具有初期材龄的处于激活状态单元的自重(Self)作用于具有初期材龄的处于激活状态单元上的预应力荷载(PS)作用于处于激活状态单元端部上的挂篮荷载(FT)在支模和绑扎钢筋结束

10、后，拆模前处于浇筑状态的混凝土湿重(WC)考虑了各零号块施工时间差的施工阶段时间荷载(Time)将各荷载工况定义为施工阶段荷载类型。l建立荷载群建立荷载群定义各荷载工况所属的荷载群。l定义并建立施工阶段定义并建立施工阶段 在本用户指南中，悬臂法桥梁施工阶段分为桥墩和零号块的施工、桥梁段1 15的施工、合龙段1 3的施工等16个施工阶段(参见图)。按施工阶段施工各桥梁段后，再按桥梁支座跨中顺序施工合龙段，即可完成整个桥梁的施工。另外，因为例题中的桥梁为刚构式悬臂法桥梁，所以各施工阶段的边界条件没有发生变化悬臂法桥梁施工阶段分析中结构群和边界群的激活和钝化相对于荷载群是比较简单的，荷载群在结构群被

11、激活时既要激活预应力荷载群和挂篮荷载群，又要激活混凝土湿重荷载群。悬臂法桥梁施工阶段分析中结构群和边界群的激活和钝化相对于荷载群是比较简单的，荷载群在结构群被激活时既要激活预应力荷载群和挂篮荷载群，又要激活混凝土湿重荷载群。如图中，在同一施工阶段中荷载加载时间不同时，可以使用添加步骤功能将荷载分步骤激活。将挂篮前移、支模以及绑扎钢筋、铺设钢束孔道等所需时间假设为7天，将混凝土养生时间假设为5天，在各施工阶段中定义1个添加步骤。各施工阶段开始阶段被激活的桥梁段具有5天材龄并承受预应力荷载和挂篮荷载。l定义并建立施工阶段定义并建立施工阶段 在施工顺序图中，两个桥墩的桥梁段看起来是同时施工，但是在施

12、工序计划表中可以看出桥墩1的桥梁段比桥墩2的桥梁段提前施工60天。两个桥墩的悬臂桥梁段如果有施工时间差，即混凝土的材龄有差异的话，其徐变、干缩和预应力损失量也将不同。另外，因为60天的时间差异，两个桥墩的悬臂梁的挠度也将产生差异。为了最大限度地降低中央合龙段完工时产生的残留应力，必须正确预测两个桥墩悬臂梁的挠度。所以做施工阶段分析时，必须考虑两个桥墩的材龄差异。施工阶段时间荷载功能，可以用来考虑施工时间差的影响。施工阶段时间荷载功能是赋予指定单元以一定的时间经历(材龄)，从而考虑施工时间差的影响的方法。使用施工阶段时间荷载的施工阶段的建立步骤如下。1.假设同时施工两个桥墩的零号块和桥梁段1 1

13、2。2.加载合龙段混凝土湿重(即，将WC-KeySeg1加载在桥墩1的左侧悬臂梁上，将WCKeySeg3 加载在右侧桥墩的右侧悬臂梁上)。3.定义施工持续时间为零的施工阶段，将KeySeg1和FSM1激活后，在该施工阶段的 最后1天(Last Day)上给桥墩1侧的单元和FSM1区段施加时间荷载(60天)。4.激活KeySeg3和FSM3，加载合龙段(Key Seg2)的湿重。5.定义下一阶段并激活合龙段2(KeySeg2)。l定义并建立施工阶段定义并建立施工阶段将上述施工顺序与各施工阶段结构群、荷载群、边界群的激活和钝化连接起来，详细的步骤如下。1.施工阶段1 激活桥墩、零号块结构群 激活边

14、界群 第1天:激活预应力荷载、挂篮荷载、自重 第7天:激活混凝土湿重(桥梁段1)2.施工阶段2 激活桥梁段1 第1天:钝化施工阶段1的挂篮荷载和混凝土湿重，激活挂篮荷载和预应力荷载 第7天:激活混凝土湿重(桥梁段2)3.施工阶段3 12:重复施工阶段2的步骤4.施工阶段13 激活桥梁段12 第1天:钝化施工阶段12的挂篮荷载和混凝土湿重，激活挂篮荷载和预应力荷载 第20天:激活混凝土湿重(合龙段1、3)5.施工阶段14 激活合龙段1和满堂支架法区段1(FSM 1)第1天:钝化桥墩1的挂篮荷载和合龙段1的混凝土湿重，激活预应力荷载 最后1天:激活桥墩1侧的单元和满塘支架法区段(FSM1)的时间荷

15、载6.施工阶段15 激活合龙段3和FSM3 第一天:钝化合龙段3的混凝土湿重，激活预应力、合龙段2的混凝土湿重7.施工阶段16 激活合龙段2 第1天:钝化挂篮荷载和混凝土湿重，激活预应力荷载8.施工阶段17 第1天:激活二期恒载l定义并建立施工阶段定义并建立施工阶段 在建立施工阶段之前首先要定义施工阶段。在施工工序计划表中，计划合龙段的施工时间为30天，所以将施工阶段CS13、15的持续时间定义为30天。假设合龙段的初期材龄为10天，则将30-10=20天定义为一个添加步骤。在施工阶段CS17上施加二期恒载，为了考虑长期荷载引起的徐变和干缩效果，将CS17的持续时间定义为10000天。l定义并

16、建立施工阶段定义并建立施工阶段参照前面所述的施工阶段顺序建立施工阶段CS1。l定义并建立施工阶段定义并建立施工阶段 输入各施工阶段的荷载。施工阶段荷载包括挂篮、混凝土湿重、结构自重、预应力荷载、时间荷载等。按下列顺序输入施工荷载。1.结构自重2.挂篮荷载3.混凝土湿重4.预应力荷载5.时间荷载 首先输入结构自重。定义结构物自重以后，将其施加在施工阶段CS1，其它施工阶段的结构自重将由程序自动加载。l输入荷载输入荷载 输入施工阶段挂篮荷载。挂篮荷载的位置在悬臂梁端部，大小为-80tonf的垂直荷载200tonf-m的y方向弯矩荷载。因为在施工阶段模式中，只有该施工阶段的结构群、荷载群、边界群被激

17、活，所以可以很方便地输入荷载。在施工阶段工具条中转换施工阶段，输入各施工阶段的荷载。l输入荷载输入荷载 与上述相同的方法转换施工阶段输入各施工阶段挂篮荷载。l输入荷载输入荷载输入完挂篮荷载后输入混凝土湿重。混凝土湿重可以使用材料表功能计算。使用材料表功能计算构件的重量之前，首先将变截面群中的截面转换为各个变截面类型。如图，通过变截面类型，转换生成101 112截面。l输入荷载输入荷载输入混凝土湿重。各施工阶段混凝土湿重的加载位置为悬臂梁端部，大小为垂直方向的桥梁段湿重和按偏心距离为2.5m计算的y方向弯矩。l输入荷载输入荷载输入完挂篮荷载后输入混凝土湿重。混凝土湿重可以使用材料表功能计算。使用

18、材料表功能计算构件的重量之前，首先将变截面群中的截面转换为各个变截面类型。如图，通过变截面类型，转换生成101 112截面。l输入荷载输入荷载 输入预应力荷载。用户输入钢束的开始点、反弯点和结束点后，程序将自动计算出最佳的曲线生成钢束布置形状文件。钢束的输入是以假设的x轴为基准，将已定义的三维曲线设置在任意的坐标上。在输入钢束坐标之前先定义上下部钢束的特性值。l输入荷载输入荷载l输入荷载输入荷载 输入体现结构施工时间差的时间荷载。将桥墩1的零号块和桥墩2的零号块以及与两桥墩连接的悬臂梁的施工时间差(60天)以时间荷载的方式输入。60天时间荷载加载在施工阶段CS14，所以转换到施工阶段14的模式

19、后再输入时间荷载。l运行分析运行分析l查看分析结果查看分析结果 确认施工阶段分析结果的方法有两种，即确认所有构件在指定施工阶段的应力以及位移的方法和确认指定单元在各施工阶段的应力以及位移的变化的方法。在MIDAS/CIVIL中，用户可以使用上述两种方法以图形和表格的形式查看施工阶段分析结果。使用图形查看应力和内力在移动支架法桥梁各施工阶段中，结构体系为简支梁的第一施工阶段的跨中部位产生最大压应力，使用图形查看施工阶段1的下部翼缘应力。l查看分析结果查看分析结果l查看分析结果查看分析结果查看位移查看位移 变形位移等值线 计算预拱度 适用l查看分析结果查看分析结果查看应力查看应力Thank Thank you!you!