MIDAS例题—20m空心板梁计算分析

20m空心板梁计算分析对一个3×20m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.对盖梁进行计算分析GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware×20m的简支空心板梁结构。由于是简支结构，所以在计算的时候采用其中的一跨进行计算分析，同时取其中的一个盖梁做计算分析。1、桥梁基本数据桥梁跨径布置：3×20m＝60m；桥梁宽度：0.5m（栏杆）＋11.25m（机动车道）＋0.75（栏杆）＝12.5m；主梁高度：0.85m；行车道数：单向三车道；桥梁横坡：机动车道向外1.5％；施工方法：预制安装；图1桥梁横向布置图及各截面的详细参数GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware、主要材料及其参数2.1混凝土各项力学指标见表1表1混凝土力学指标C50C40弹性模量（MPa）3450032500剪切模量（MPa）1380013000泊桑比0.20.2轴心抗压强度标准值（MPa）32.426.8轴心抗拉强度标准值（MPa）2.652.40轴心抗压强度设计值（MPa）22.418.4轴心抗拉强度设计值（MPa）1.831.65热膨胀系数0.000010.000012.2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：195000MPa标准强度：1860MPa抗拉强度设计值：1260MPa抗压强度设计值:390MPa张拉控制应力：1395MPa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：R235210000MPa/HRB335200000MPa标准强度：R235235MPa/HRB335335MPa热膨胀系数：0.000012；20m空心板梁中板截面；3、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25KN/m3。二期恒载：人行道、护栏及桥面铺装等（不考虑该桥梁上通过电信管道、水管等）。其中：桥面铺装：按照每米4.8KN/m；强度等级项目GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware活载车辆荷载：公路Ⅰ级；3.3温度力①系统温度：由于是简支结构所以不考虑系统温度的变化；②箱梁截面上下缘温度梯度变化参考新规范（《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004））第4.3.10条取用。图2竖向梯度温度（梁截面温度）3.4不均匀沉降考虑到桩均为嵌岩桩，所以在本计算算例中不考虑支座沉降的问题。3.5强度发展强度发展采用CEB-FIP规范的公式：5.028281expeqtsStf，式中：28S表示混凝土的28天强度；eqt时间参数；s表示水泥种类，早强高强水泥选0.2，一般水泥或早强水泥选0.25，缓凝水泥选0.38。4、结构有限单元离散在计算分析中，将各片预应力箱梁单独建模，横向联系用刚臂处理，梁与梁之间的连接方式采用释放自由度的方式来处理。GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware一、设定建模环境为了做连续梁施工阶段和成桥阶段分析首先打开新项目“4×30连续梁”为名保存文件，开始建立模型。单位体系设置为“m”和“N”。该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意更换。文件/新项目文件/保存(20m－1)工具/单位体系长度＞m；力＞N图3设置单位体系GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware二、设置结构类型由于是简支梁结构，所以在做结构计算的时候没有必要选择3-D分析，只需要考虑平面分析即可以，这样即可以减少在定义约束条件时出现的问题，同时又能保证结构设计的质量。模型结构类型----结构类型（X-Z平面）将结构的自重转换为自重（按集中质量考虑转换到Z）图4设置结构类型GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware三、定义材料和截面特性值1、定义材料输入主梁的材料特性值。在材料和截面对话框中选择材料表单点击按钮。模型/材料和截面特性/材料材料号：1名称：(C50混凝土)设计类型：混凝土混凝土：规范：（JTG04(RC)）数据库：C50按上述方法参照表2输入混凝土和预应力钢绞线的材料特性值。表2.材料特性值序号项目设计类型规范数据库1C50混凝土混凝土JTG04(RC)C502预应力钢绞线钢材JTG04(S)Strand18603刚臂用户定义无无刚臂的材料参数：弹性模量1.0e10N/mm2；图5定义材料特性值1GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware各材料的参数定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware定义时间依存性材料（收缩和徐变）模型/材料和截面特性/时间依存性材料（收缩和徐变）/添加/名称：C50；设计规范：china（JTGD62-2004）28天强度：50N/mm2；环境年平均相对湿度：70％；构件理论厚度：1000mm；水泥种类系数：5；收缩开始时的混凝土龄期：3天；点击：按钮。图8定义时间依存性材料（收缩和徐变）GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware定义时间依存性材料（抗压强度）模型/材料和截面特性/时间依存性材料（强度）/添加/名称：C50；类型：设计规范；强度发展――规范：CEB-FIP；混凝土28天抗压强度：50N/mm2；水泥类型：N,R:0.25点击按钮图9定义时间依存材料（抗压强度）GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware时间依存性材料连接：徐变和收缩：C50混凝土；强度进展：C50；选择指定材料：C50混凝土，点击按钮；操作：点击按钮；图10时间依存性材料连接GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware、定义截面特性值输入预应力混凝土梁的截面特性值。在材料和截面特性对话框的截面表单选择按钮。图11定义截面在简支结构中，结构截面主要有三种：中板截面、左边板截面和右边板截面；在本文计算中，为了简化结构截面的输入，特地将各截面先用cad的dxf格式表示，然后再用MIDAS/Civil的截面特性编辑器进行编辑，然后对截面进行计算，导出sec格式的数据，然后导入到MIDAS/Civil中（本文中不做此步骤，仅提供相关的流程图，各截面的相关参数见图1所示），各截面的sec文件名分别为中梁、左边梁和右边梁。在本结构中共设置4个截面，中梁、左边梁、右边梁和刚臂。截面/添加---/设计截面/设计用数值截面截面号：1；名称：中梁；点击，然后选择已经定义的中梁.sec文件；再点击打开按钮；从SPC中导入截面——设计参数：T1：0.155m；T2：0.155m；BT：0.995m；HT0.745m；验算扭转用厚度：0.326；考虑剪切变形；剪切验算位置：Z1（自动）Z2（自动）Z3（自动）；验算用厚度：Z1（自动）Z2（自动）Z3（自动）；偏心：中－上部；截面2和GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware©FoxitSoftware定义右边梁截面定义刚臂单元截面：模型――材料和截面特性――截面―添加：截面号：4；实腹长方形截面；名称：刚臂；（）用户；H（0.1）m；B（0.1）m；偏心：中－上部图15定义刚臂截面GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware四、建立结构有限元模型1、建立节点模型/节点/建立节点/坐标（0，-0.01，0）；复制次数（0）；距离（0，0，0）然后点击：按钮；再依据建立节点1的同样方式建立其它11个点，具体点位如下：表31～12节点坐标点号坐标点号坐标点号坐标2（0，1，0）3（0，2，0）4（0，3，0）5（0，4，0）6（0，5，0）7（0，6，0）8（0，7，0）9（0，8，0）10（0，9，0）11（0，10，0）12（0，11．01，0）图16建立节点1～12GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware、建立梁单元模型选择节点后利用扩展功能建立主梁上部梁单元模型/单元/扩展单元扩展类型：节点－线单元；单元类型：梁单元；材料：1－C50混凝土；截面：号（1）；名称（1：中梁）；beta角：0度；生成形式：（）复制和移动；复制和移动：，dx，dy，dz（0.26，0，0）；复制次数：1次；点击，选择节点1～12，然后点击按钮；图17建立单元有限元模型1然后按照此步骤逐步往下建立整个结构的有限元模型，各有限元模型单元的长度见表4（考虑到20m简支空心板梁的各板长度一样，在建立有限元模型时每片梁的单元划分长度相同，所以此表中仅列出一片板梁的划分长度）。最后建立的有限元模型如图17所示。表4.板梁单元划分板梁长度划分0.26m+0.7m+18×1m+0.74m+0.26mGeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware有限元模型左视图修改单元参数：在前面建立有限元模型的时候将边梁均用中梁截面替代了，在此步骤进行修改调整；GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftware具体步骤如下所示：点击选择单元1to253by12，然后做如下步骤：树形菜单――截面；点击（2：左边梁），然后按住左键往工作空间拖，再