普通鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)施工階段模擬及RC設(shè)計(jì)例題

1、裝配式鋼筋混凝土簡支T梁施工階段分析及RC設(shè)計(jì)例題北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司2007年3月19日一、結(jié)構(gòu)描述2二、建立模型3三、定義荷載6四、定義施工階段11五、執(zhí)行分析及后處理12六、RC設(shè)計(jì)14裝配式鋼筋混凝土簡支T梁施工階段分析及RC設(shè)計(jì)例題本模型模擬的是普通鋼筋混凝土簡支梁橋的預(yù)制拼裝過程，并對(duì)上部梁結(jié)構(gòu)和下部墩柱按照J(rèn)TG D62規(guī)范進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)算。例題參考鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（張樹仁等著，人民交通出版社）。一、結(jié)構(gòu)描述1、設(shè)計(jì)資料（1）橋面凈寬 （2）設(shè)計(jì)荷載 公路-級(jí)汽車荷載人群荷載 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) （3）材料規(guī)格鋼筋：主筋采用HRB400鋼筋相對(duì)界限受壓區(qū)高度箍筋

2、采用HRB335鋼筋混凝土：主梁采用C30混凝土（4）截面形式圖1 T梁橫斷面尺寸（單位：mm）2、結(jié)構(gòu)描述裝配式簡支梁橋，橋墩為雙柱墩，采用矩形斷面，混凝土采用C30。首先施工橋墩，然后對(duì)稱吊裝RC預(yù)制T梁，首先吊裝中間的兩片縱梁，并通過橫梁體系將相鄰兩片縱梁連為整體。在最后一個(gè)階段，加載鋪裝荷載。二、建立模型1、首先定義模型中涉及的材料和截面類型，如下表所示 表1構(gòu)件材料截面截面對(duì)齊方式尺寸（mm）T梁JTG04（RC）-C30設(shè)計(jì)截面T形截面 頂對(duì)齊1780x1000x100x240蓋梁JTG04（RC）-C30設(shè)計(jì)截面中腹板截面頂對(duì)齊400x500，400x300橋墩J(rèn)TG04（RC）

3、-C30數(shù)據(jù)庫矩形截面中心對(duì)齊800x400虛擬橫梁JTG04（RC）-C30數(shù)據(jù)庫矩形截面頂對(duì)齊1000x120，500x1202、然后建立有限元結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)建模根據(jù)個(gè)人習(xí)慣有多種方式，這里采用由上至下的建模方法。1) 首先建立一片T梁，然后通過復(fù)制功能生成8片縱梁；圖2 建立縱梁單元2) 然后建立模擬縱梁間橫向聯(lián)系作用的虛擬橫梁；除端部兩根橫梁采用500x120mm的矩形斷面外，其他的橫梁均屬于標(biāo)準(zhǔn)橫梁。圖3 建立橫梁單元3) 通過將縱梁端部節(jié)點(diǎn)向下復(fù)制T梁高1m建立梁底節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也是支座支承點(diǎn)位置，再將支承點(diǎn)向下復(fù)制支座高度0.1m建立蓋梁頂部節(jié)點(diǎn)；圖4 通過向下復(fù)制橫梁節(jié)點(diǎn)建立支座支承

4、節(jié)點(diǎn)和蓋梁頂點(diǎn)（注：圖示上面第一層節(jié)點(diǎn)為橫梁節(jié)點(diǎn)，第二層是支座支承頂點(diǎn)，第三層是蓋梁頂點(diǎn)，為模擬蓋梁端部變截面段，在蓋梁端部向外側(cè)1m的位置建立了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)作為蓋梁懸挑段的端點(diǎn)）4) 蓋梁總長度為14.06m，為矩形斷面，端部為2.58m變截面矩形梁段，中間為8.9m等截面，蓋梁端部最小截面高度為0.3m，中部截面高度為0.5m；首先定義兩個(gè)變截面（蓋梁截面由大到小的變截面和蓋梁由小到大的變截面），分別賦予蓋梁的兩個(gè)懸挑段，此時(shí)得到的蓋梁形式如下圖所示圖5 賦予變截面后蓋梁消隱模型顯然懸挑段的變截面是不對(duì)的，因?yàn)樽兘孛孢m用的單元有多個(gè)，因此需要定義變截面組，如下圖所示定義蓋梁斷面由大到小，以及由

5、小到大的變截面組圖6 定義蓋梁斷面由大到小的變截面組圖7定義蓋梁斷面由小到大的變截面組5) 將3號(hào)縱梁和6號(hào)縱梁對(duì)應(yīng)的蓋梁上節(jié)點(diǎn)向下復(fù)制蓋梁高度0.5m，然后對(duì)復(fù)制生成的4個(gè)節(jié)點(diǎn)通過擴(kuò)展單元功能生成3m高橋墩3、定義結(jié)構(gòu)組并分配結(jié)構(gòu)組單元根據(jù)施工過程的特點(diǎn)將整個(gè)結(jié)構(gòu)分為以下幾個(gè)結(jié)構(gòu)組：橋墩、蓋梁、縱梁18、支座節(jié)點(diǎn)、橫梁17。分別對(duì)應(yīng)于分階段施工的橋墩部分單元、蓋梁部分單元、分階段吊裝的18號(hào)縱梁單元、縱梁間的橫向虛擬梁單元18。其中縱梁按照沿y正向分別為縱梁18結(jié)構(gòu)組。橫梁按照沿y正向分別為橫梁17結(jié)構(gòu)組。自下至上依次是縱梁18自下至上依次是橫梁17圖8 定義縱梁結(jié)構(gòu)組4、定義邊界條件同時(shí)指

6、定邊界組根據(jù)施工過程的特點(diǎn)將邊界組定義如下：墩底固結(jié)、蓋梁固結(jié)、支座18，分別對(duì)應(yīng)橋墩底部固結(jié)、蓋梁與墩頂?shù)倪B接、縱梁與蓋梁和支座點(diǎn)的連接關(guān)系。然后定義各個(gè)邊界條件對(duì)于墩底約束，通過邊界一般支承，指定邊界組信息為墩底固結(jié)，選擇約束D-ALL和R-ALL約束墩底節(jié)點(diǎn)；對(duì)于墩頂與蓋梁的連接關(guān)系，通過邊界彈性連接剛性，指定邊界組信息為蓋梁固結(jié)，按順序點(diǎn)取墩頂節(jié)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的蓋梁節(jié)點(diǎn)，共定義4個(gè)剛性彈性連接；對(duì)于蓋梁頂與支座支承點(diǎn)的連接關(guān)系，根據(jù)支座支承點(diǎn)的所對(duì)應(yīng)的縱梁編號(hào)n，通過邊界彈性連接剛性，指定邊界組信息為支座n，按順序點(diǎn)取蓋梁頂節(jié)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的支座支承節(jié)點(diǎn)，共定義16個(gè)剛性彈性連接；對(duì)于支座支承點(diǎn)與

7、主梁的連接關(guān)系，根據(jù)支座支承點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的主梁編號(hào)n，通過邊界彈性連接一般，指定邊界組信息為支座n，按照表2 的支座剛度信息，按順序點(diǎn)取支座支承節(jié)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的主梁節(jié)點(diǎn)，共定義16個(gè)一般彈性連接；支座類型/剛度適用于支座組滑動(dòng)100000右側(cè)支座14，支座68 滑動(dòng)110000右側(cè)支座5固定101000左側(cè)支座14，支座68固定111000左側(cè)支座5圖9 彈性連接模擬支座剛度注：100000表示SDx、SDy、SDz、SRx、SRy、SRz方向是否有剛度，1表有剛度，0表示無剛度。剛度均以10000KN/m。三、定義荷載每種荷載工況定義時(shí)都需要對(duì)應(yīng)一定的荷載工況，在進(jìn)行施工階段分析時(shí)，對(duì)于在施工階段作

8、用的荷載還要指定其對(duì)應(yīng)的荷載組，因此通常在定義荷載前首先定義荷載工況名稱和荷載組名稱，當(dāng)然荷載條件相對(duì)簡單的模型來說，在定義荷載工況的同時(shí)也可以時(shí)時(shí)定義荷載工況名稱和定義荷載組名稱。本模型中涉及三種荷載：結(jié)構(gòu)自重，鋪裝荷載，公路-級(jí)車道荷載。（*其中移動(dòng)荷載通過程序的移動(dòng)荷載功能自動(dòng)生成荷載工況）荷載工況名稱荷載類型荷載組說明自重施工階段荷載自重模擬結(jié)構(gòu)自重鋪裝施工階段荷載鋪裝荷載工況名稱定義如下圖所示圖10 荷載工況名稱定義荷載組定義如下圖所示圖11 荷載組名稱定義下面分別定義自重、鋪裝和移動(dòng)荷載。自重荷載定義如下圖所示注意圖示位置的選擇即可。圖12 自重荷載工況定義自重荷載工況的模擬鋪裝荷

9、載定義如下圖所示注意圖示位置的信息輸入。同時(shí)鋪裝荷載采用梁單元均布荷載模擬，鋪裝荷載作用的單元選擇8片縱梁單元。圖13 鋪裝荷載工況定義使用梁單元荷載定義鋪裝移動(dòng)荷載定義時(shí)，分為五個(gè)步驟選擇移動(dòng)荷載規(guī)范、定義車道、定義車輛、定義移動(dòng)荷載規(guī)范、指定移動(dòng)荷載分析控制數(shù)據(jù)。相關(guān)命令為“荷載移動(dòng)荷載分析數(shù)據(jù).”。因?yàn)楸灸Ｐ椭懈骺v梁通過虛擬橫梁連接，因此在定義車道時(shí)選擇橫梁布載方法，將所有橫梁定義為一個(gè)結(jié)構(gòu)組。通過拖放將選擇單元賦予橫梁組圖14 橫梁組定義窗口標(biāo)示內(nèi)容為梁單元移動(dòng)荷載分析必選項(xiàng)圖15 移動(dòng)荷載分析數(shù)據(jù)菜單對(duì)于橫向聯(lián)系梁比較多的結(jié)構(gòu)定義車道時(shí)，車輛荷載的分布建議選擇“橫向聯(lián)系梁法”。圖16

10、 車道定義圖17 移動(dòng)荷載工況定義圖18 移動(dòng)荷載分析控制數(shù)據(jù)四、定義施工階段施工采用先澆注橋墩和蓋梁，然后分片對(duì)稱吊裝T梁的方法，最后通過橋面鋪裝將所有縱梁連接成整體。具體施工階段信息如下表所示： 表2 階段名稱施工構(gòu)件結(jié)構(gòu)組邊界組荷載組1-橋墩施工現(xiàn)澆混凝土橋墩橋墩墩底固結(jié)自重2-蓋梁施工澆注混凝土蓋梁蓋梁蓋梁固結(jié)3-縱梁4、5架設(shè)4、5號(hào)縱梁縱梁4，縱梁5，橫梁4支座4、54-縱梁3、6架設(shè)3、6號(hào)縱梁縱梁3，縱梁6，橫梁3，橫梁5支座3、65-縱梁2、7架設(shè)2、7號(hào)縱梁縱梁2，縱梁7，橫梁2，橫梁6支座2、76-縱梁1、8架設(shè)1、8號(hào)縱梁縱梁1，縱梁8，橫梁1，橫梁7支座1、87-鋪裝

11、鋪裝Tip：根據(jù)施工的特點(diǎn)，定義結(jié)構(gòu)組、邊界組、荷載組，對(duì)施工階段的定義起到事半功倍的作用。施工階段分析模型的檢查方法：可以采用在模型窗口中顯示所有的荷載和邊界條件的方式，逐一查看每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)、邊界、荷載情況。通常對(duì)于施工階段模型，最容易遺漏的就是邊界條件的分配。顯示荷載和邊界，可以在“視圖顯示.”來選擇，如下圖所示。 圖19 在顯示選項(xiàng)里選擇顯示所有荷載和邊界條件五、執(zhí)行分析及后處理在執(zhí)行分析前，要定義各項(xiàng)分析控制選項(xiàng)，本模型涉及移動(dòng)荷載分析、施工階段分析，因此需要分別定義移動(dòng)荷載分析控制選項(xiàng)和施工階段分析控制選項(xiàng)，前者我們在移動(dòng)荷載工況定義中已經(jīng)定義，只需定義后者即可。在“分析施工階段分

12、析控制選項(xiàng)”中指定施工階段分析的參數(shù)。因?yàn)楸灸Ｐ筒簧婕盎炷潦湛s徐變、混凝土強(qiáng)度發(fā)展，因此不考慮時(shí)間依存效果。僅進(jìn)行一般的施工階段分析就可以了。圖20 施工階段分析控制選項(xiàng)定義好各項(xiàng)分析控制選項(xiàng)后，就可以執(zhí)行運(yùn)行分析了。分析完成后，通過結(jié)果菜單可以查看各種分析結(jié)果。分析結(jié)果可以通過圖形、結(jié)果表格、文本形式輸出。這里主要介紹施工階段分析結(jié)果和移動(dòng)荷載分析結(jié)果的查看。施工階段分析結(jié)果查看時(shí)，需要將階段顯示在要查看的施工階段，然后選擇結(jié)果中欲查看的分析結(jié)果就可以了。如下圖所示六、RC設(shè)計(jì)無論是PSC設(shè)計(jì)還是RC設(shè)計(jì)都是在后處理進(jìn)行的。RC設(shè)計(jì)的基本步驟如下列圖所示：1) 建立施工階段分析模型梁截面必須選擇“設(shè)計(jì)截面”，柱截面必須選擇“數(shù)據(jù)庫/用戶”，梁截面必須定義截面鋼筋； 圖21 梁截面和柱截面定義 圖22 梁截面配筋和柱截面配筋2) 定義驗(yàn)算用荷載組合可以采用程序自動(dòng)生成，也可以用戶自定義；圖23 生成驗(yàn)算用荷載組合3) 定義RC設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于柱構(gòu)件計(jì)算長度需在“設(shè)計(jì)一般設(shè)計(jì)參數(shù)自由長度”和“設(shè)計(jì)一般設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算長度系數(shù)”中定義；圖24 定義驗(yàn)算用材料力學(xué)性能 圖25 定義柱構(gòu)件計(jì)算長度4) 指定驗(yàn)算用截面位置和計(jì)算書中輸出截面位置；選擇控制結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的縱梁單元和橋墩單元作為設(shè)計(jì)截面位置，并指定在計(jì)算書中輸出哪些驗(yàn)算單元的詳細(xì)驗(yàn)算過程。本模型因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對(duì)稱，荷載對(duì)稱，因此僅對(duì)