最新midas建模计算预应力混凝土连续箱梁桥

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。

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s15.24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。

注意：若要结合规范进行PSC设计，在定义截面的时候，需要选择“设计截面”中进行定义，同时对于截面中的“剪切验算位置”及“验算用腹板厚度”需要定义，否则会提示“PSC设计数据失败”。

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。

北京迈达斯技术有限公司目录概要梁格法是目前桥梁结构分析中应用的比较多的在本例题中将介绍采用梁格法建立一般梁桥结构的分析模型的方法、施工阶段分析的步骤、横向刚度的设定以及查看结果的方法和PSC设计的方法。

本例题中的桥梁模型如图1所示为一三跨的连续梁桥，每跨均为32m。

图1. 简支变连续分析模型桥梁的基本数据为了说明采用梁格法分析一般梁桥结构的分析的步骤，本例题采用了比较简单的分析模型——预应力T梁，可能与实际桥梁设计的内容有所不同。

本例题的基本参数如下：桥梁形式：三跨连续梁桥桥梁等级：I级桥梁全长：3@32＝96m桥梁宽度：15m设计车道：3车道图2. T型梁跨中截面图图3. T梁端部截面图?分析与设计步骤预应力混凝土梁桥的分析与设计步骤如下。

1.定义材料和截面特性材料截面定义时间依存性材料(收缩和徐变)时间依存性材料连接2.建立结构模型建立结构模型修改单元依存材料特性3.输入PSC截面钢筋4.输入荷载恒荷载(自重和二期恒载)预应力荷载钢束特性值钢束布置形状钢束预应力荷载温度荷载系统温度节点温度单元温度温度梯度梁截面温度5.定义施工阶段6.输入移动荷载数据选择规范定义车道定义车辆移动荷载工况7.支座沉降定义支座沉降组定义支座沉降荷载工况8.运行结构分析9.查看分析结果10.PSC设计PSC设计参数确定PSC设计参数PSC设计材料PSC设计截面位置运行设计查看设计结果使用材料以及容许应力> 混凝土采用JTG04（RC）规范的C50混凝土>普通钢筋普通钢筋采用HRB335(预应力混凝土结构用普通钢筋中箍筋、主筋和辅筋均采用带肋钢筋既HRB系列)>预应力钢束采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860钢束(φ mm)（规格分别有6束、8束、9束和10束四类）钢束类型为:后张拉钢筋松弛系数(开),选择JTG04和(低松弛)超张拉(开)预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm^2预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:(1/m)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:开始点:6mm结束点:6mm张拉力:抗拉强度标准值的75%>徐变和收缩条件水泥种类系数(Bsc): 5 (5代表普通硅酸盐水泥)28天龄期混凝土立方体抗压强度标准值,即标号强度(fcu,f):50N/mm^2长期荷载作用时混凝土的材龄:=t5天o混凝土与大气接触时的材龄:=t3天s相对湿度: %RH=70大气或养护温度: CT=°20构件理论厚度:程序计算适用规范:中国规范(JTG D62-2004)徐变系数: 程序计算混凝土收缩变形率: 程序计算荷载静力荷载>自重由程序内部自动计算>二期恒载桥面铺装、护墙荷载、栏杆荷载、灯杆荷载等具体考虑：桥面铺装层：厚度80mm的钢筋混凝土和60mm的沥青混凝土，钢筋混凝土的重力密度为25kN/m3, 沥青混凝土的重力密度为23kN/m3。

01Midas Civil应用—变截面预应力连续箱梁1、三跨预应力混凝土连续箱梁建模及分析(1)基本概况一座三跨预应力混凝土连续箱梁桥桥梁长度：L=30m+50m+30m=110m，为钢筋混凝土结构；预应力布置形式：T构部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力。

材料特性混凝土：主梁采用C50混凝土，桥墩C40混凝土；钢材：预应力采用“Strand1860”；荷载：自重，程序自动计算；恒荷载：自重；预应力：钢束(φs15.2mm×37)；截面积：Au=5180mm2，孔道直径：80mm；预应力与管道摩擦系数：0.17；张拉控制应力：1395MPa；移动荷载：适用规范：公路工程技术标准(JTG B01-2003)荷载种类：公路I级，车道荷载，即CH-CD。

(2)Midas Civil 连续梁桥分析步骤三跨预应力混凝土连续箱梁分析步骤如下：①设置操作环境及项目信息②定义材料和截面③建立结构三维模型④输入静力荷载⑤输入移动荷载数据⑥输入荷载组合⑦运行结构分析⑧查看分析结果(3)设置操作环境及项目信息打开【工具】/【单位系】/将单位体系设为KN，mm。

该单位可以根据输入数据的种类任意转换。

打开【文件】 /【项目信息】/完善基本信息。

(4)定义材料和截面。

打开【特性】/【截面特性值】/【截面】/【添加】/【设计截面】/【截面类型：单箱单室】，截面号：1，名称：跨中；定义PSC截面钢筋。

打开【特性】/【截面特性值】/【截面管理器】/【钢筋】；添加纵向钢筋：1、类型直线，板顶，Z:0.06m，数量65根，间距0.14m，直径：φ16mm；2、类型直线，板底，Z:0.06m，数量33根，间距0.15m，直径：φ16mm；抗剪钢筋：两端i、j钢筋相同，弯起钢筋（间距1.5m，角度45°，Asb：0.0005㎡）；抗扭钢筋（间距：0.2m，箍筋Asv1：0.0004㎡，纵筋Ast：0.002㎡）；抗剪箍筋（间距：0.2，Asv：0.0008㎡），计算箍筋内表面包围的截面核芯面积（打开），保护层厚度：0.05m，包括翼缘和悬臂。

混凝土预应力连续箱梁施工阶段工况分析(迈达斯建模实例)对超静定的桥梁其施工方法、顺序以及过程往往决定其成桥的内力，而我国桥梁规范中配筋是按内力进行的，所以桥梁的施工阶段分析是极其重要的。

预应力混凝土连续梁的施工过程中会发生体系转换，施工过程中临时墩、临时拉索等临时结构的设置与拆除、上部结构和桥墩的支承条件的变化对结构的内力和位移会产生非常大的影响。

另外施工过程中随着混凝土材料的材龄发生变化构件的弹性模量和强度也会发生变化。

混凝土徐变、收缩，预应力钢束的松弛等都会引起结构内力的重分配并对位移产生影响。

桥梁的最不利应力有可能发生在施工过程中，所以除了对桥梁的成桥阶段进行验算外，对桥梁的施工过程也应进行承载力验算。

一、工程简介某铁路梁桥为（40m+64m+40m）单线预应力混凝土连续梁桥。

结构形式为3跨预应力混凝土连续箱梁，桥梁全长145.2m，中支点处梁高5.2m，跨中3.2m,直线段高为3.2m。

梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端距离0.75m。

箱梁采用单箱单室、变截面、变高度结构。

箱梁顶面宽4.9m，箱梁底面宽4m，顶板厚度除梁端附近外均为35cm；底板由跨中的30cm，按二次抛物线变化至根部70cm；腹板由40cm至60cm，按折线变化。

箱梁采用C50高性能混凝土。

预应力钢绞线采用抗拉强度标准值为f pk=1860MPa、弹公称直径为Φj15.20mm高强度、低松弛钢绞线。

桥梁的分段情况如图1所示，跨中及墩顶标准截面如图2所示，施工大致顺序为：下部结构→安装墩旁施工支架，安装主墩处永久支座、临时固结措施→在支架上现浇0号块→张拉0号块预应力→在0号块上拼装挂篮→浇筑1号块→张拉1号块预应力→移动挂篮……浇筑7号块，同时搭设并预压边跨现浇支架→张拉7号块预应力→拆除边跨现浇支架上的压重，浇筑边跨段混凝土，拆除所有挂篮→搭建边跨合龙吊架，同时加用水箱做的压重，中跨合龙段同步施加相应的压重→安装合龙段劲性骨架→浇筑边跨合龙段混凝土，同时卸载边跨相当于混凝土重量的压重→张拉边跨合龙钢束→拆除边跨现浇支架及边跨吊架，卸掉中跨合龙段的部分压重，每侧留下相当于中跨合龙段重量一半的压重→拆除墩顶临时固结措施→安装中跨合龙段吊架，安装中跨合龙段劲性骨架→浇筑中跨合龙段混凝土，同时卸载压重→张拉剩余预应力→拆除中跨合龙段吊架→施工桥面及其它附属设施。

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。

注意：若要结合规范进行PSC 设计，在定义截面的时候，需要选择“设计截面”中进行定义，同时对于截面中的“剪切验算位置”及“验算用腹板厚度”需要定义，否则会提示“PSC 设计数据失败”。

预应力混凝土连续箱梁桥设计计算本设计采用预应力混凝土连续钢构桥，跨径布置为90m+160m+90m，双向四车道；主梁为变截面单箱单室箱型梁，墩顶处梁高9m，跨中梁高3.5m，梁底曲线选用半径为58818.1cm的圆曲线变化；采用挂篮悬臂浇筑施工。

本文主要阐述了该桥的上部结构的设计和使用midas的建模过程。

首先对主桥进行总体结构设计，拟定上部结构尺寸，然后使用midas软件建模，对连续梁桥进行有限元分析，进行施工过程模拟，最后进行成桥后的活载下分析以及按照规范进行荷载组合计算。

关键词：预应力混凝土变截面连续刚构桥，MIDAS软件，挂篮悬臂浇筑施工，施工过程分析第一章桥梁概况1.1桥梁构造大桥为90m+160m+90m的三跨预应力混凝土变截面连续刚构桥，主桥全长340m，另有两跨35m的引桥，全长410m。

桥墩采用双薄壁墩，墩高55.8m，单薄壁厚3.3m，双壁中距9.7m。

基础均为桩基础。

桥台为重力式桥台。

总体布置如图1-1所示。

图1.1 桥位布置图大桥主梁采用单箱单室截面，其他各项尺寸如下：1.1.1主跨径的拟定主跨径定为160，边跨采用0.562倍的中跨径，即90 。

桥梁全长为90+160+90=340m 。

1.1.2 顺桥向梁的尺寸拟定1) 墩顶处梁高：根据规范，梁高为(1/12～1/21)L，取L/17.6,即9 m。

2) 跨中梁高：根据对比国内已建成的相似桥梁取为3.5m.3) 梁底曲线：选用半径为58818.1cm的圆曲线变化。

1.1.3 横桥向的尺寸拟定行车道为净-10.5m，另外两边各有宽0.5m的护栏。

即净-0.5m+10.5m+2m+10.5m+0.5m主梁截面细部尺寸的拟定，如图1.2所示。

图1.2 主梁截面尺寸图顶板厚取28cm。

根据底板厚度按“中薄边厚”的原则取跨中处底板厚30cm，以便布置预应力束，支点处底板厚为1／8~l／12倍的梁高，取H／8即130cm，中间底板板厚依直线过渡变化；腹板厚度由于要布置预应力钢束锚头，从受力方面来讲，支点附近承受剪力较大，腹板宜加厚；各孔跨中区段承受剪力较小，腹板可适当减薄。

第1章 89#～92#预应力砼连续梁桥1.1结构设计简述本桥为27+27+25.94现浇连续箱梁，断面型式为弧形边腹板大悬臂断面，根据道路总体布置要求，主梁上下行为整体断面，变宽度32.713m -35m，单箱5室结构变截面。

箱梁顶板厚度为0.22m，底板厚度0.2m；支点范围腹板厚度0.7m，跨中范围腹板厚度0.4m。

主梁单侧悬臂长度为4.85m，箱梁悬臂端部厚度为0.2m，悬臂沿弧线一直延伸至主梁底板。

主梁两侧悬臂设置0.1m后浇带，与防撞护栏同期进行浇筑。

本桥平、立面构造及断面形式如图11.1.1和图11.1.2所示。

图11.1.1 箱梁构造图图11.1.2 箱梁断面图纵向预应力采用φs15.2高强度低松弛钢绞线(Ⅱ级)(GB/T5224-1995)，标准强度f=1860MPa。

中支点断面钢束布置如图11.1.3所示。

pk图11.1.3 中支点断面钢束布置图主要断面预应力钢束数量如下表墩横梁预应力采用采用φs15－19，单向张拉，如下图。

1.2主要材料1.2.1主要材料类型(1) 混凝土：主梁采用C50砼；(2) 普通钢筋：R235、HRB335钢筋；(3) 预应力体系：采用φs15.2高强度低松弛钢绞线(Ⅱ级)(GB/T5224-1995)，标准强度f=1860MPa；预应力锚具采用符合GB/T14370-2002《预应力筋锚具、pk夹具和连接器》中Ⅰ类要求的优质锚具；波纹管采用符合JT/T529-2004标准的塑料波纹管。

1.2.2主要材料用量指标本桥上部结构主要材料用量指标如表11.2.2-1所示，表中材料指标均为每平米桥面的用量。

表11.2.2-1 上部结构主要材料指标1.3 结构计算分析1.3.1 计算模型结构计算模型如下图所示。

图11.3.1-1 结构模型图有效分布宽度0.50.60.70.80.912.255.49.0612.916.819.523.22730.834.337.140.94447.551.155.158.662.565.168.972.776.179.4坐标Iyy 系数图11.3.1-2 箱梁抗弯刚度折减系数示意图1.3.2 支座反力计算本桥各桥墩均设三支座。