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兰州理工大学 工大土木学院 百度一下

基于MIDAS/Civil的悬臂法桥梁施工阶段分析

基于MIDAS/Civil的悬臂法桥梁施工阶段分析

——XX高铁XX特大桥(40+56+40m)施工监控计算


工程背景:本例以XX高铁XX特大连续梁桥为背景。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.0m,箱梁底宽6.7m。顶板厚度除梁端附近外均为40cm,底板厚度40至80cm,按直线变化,腹板厚度48至80,按折线变化。全联在端支点、中跨中及中支点处共设5个横隔板,横隔板设有孔洞,供检查人员通过。桥面宽度:防护墙内侧净宽8.8m,桥上人行道钢栏杆内侧净宽11.9m,桥梁宽12.0m,桥梁建筑总宽12.28m。梁全长137.5m,计算跨度为40+56+40m,中支点处梁高4.35m,跨中0.6m直线段及边跨17.75m直线段梁高为3.05m,梁底下缘按二次抛物线变化,边支座中心至梁端0.75m。全桥共分为32个梁段,中支点0号梁段长度9m,一般梁段长度分成3.5m、4.0m,合拢段长2.0m,最大悬臂浇筑块重132.211t。

1.建模

1)节点、单元的布置原则

出特殊的变截面处分段外(0号块的变截面比较多,变截面间分成独立单元),其余的按每个预应力块分一个单元布置。模型先建立一半然后通过镜像的方式,建立对称部分,注意须打开“反转单位坐标轴”,否则镜像形成的单元局部坐标将于原来的部分相反,给后面的钢绞线的输入带来麻烦。

桥墩没有模拟,只需用约束来模拟。

2)截面处理

详见:MIDAS中数值型截面的导入

(3)修改标高:刚开始建模时,Z值都为0,建模完成后导出文本文件,然后在文本文件中或表格中根据实际标高修改各个节点的竖向坐标Z。

2.特性值

(1)材料:C50混凝土、刚体(支座)、钢束三种。

(2)时间依存材料特性即材料的收缩和徐变:按规范定义。

3.边界条件的布置

1)一般支撑

①.滑动铰支座;②.固定铰支座。

长期的支座,只有激活没有钝化,即在边跨合拢及之后激活。

③.2号临时纵向约束:边跨合拢并拆除吊篮之后,需拆除1、2号的墩梁固结,但这时中跨尚未合拢,结构的右半部分没有纵向约束,故需要一个临时的来限制这个机动体系,等中跨合拢(1号墩上的固定铰支座对结构右半部分产生作用)后再钝化。

④.墩梁固结(111111):是临时性的,值作用于梁墩交接点(即单个节点),为了悬臂施工需要,边跨合拢后拆除。

2)边界组:

分为左、右墩固结,0、2、3号墩滑动铰支座,2号临时纵向约束,1号固定铰支座。


4.输入张拉钢束

详见:MIDAS CIVIL中预应力钢束的输入


5.静力荷载

1)自重:为了安全,SZ可取的稍大,如SZ=—1.06。

2)挂篮荷载:为节点荷载=挂篮自重,施加于相应位置,注意荷载组的分配。

3)预应力荷载:采用应力、两端张拉,注浆为1(即在张拉后下1个施工阶段注浆),注意荷载组的分配(在哪个阶段张拉,就属于那个荷载组)。

4)二期恒载:梁单元均布荷载,具体的值按设计值取。

挂蓝荷载、预应力荷载、二期恒载都可通过表格方式编辑,非常方便,不易出错,尤其是预应力荷载比较多,其优越性更加突出。

6.移动荷载

    本工程位于XX高铁之上,设计时速达到350km,根据高速暂行规定,列车活载采用ZK活载。


7.组的定义

由于是施工阶段分析,需通过不同的组来模拟各个阶段,故组的定义非常重要。

1)结构组:包括各个施工段(块)和整个上部结构块(全部梁单元,为了后处理中查看预拱度的需要)。

2)边界组:前面已介绍,通过激活和钝化来模拟体系转换。

3)荷载组:a.预应力块:为了施加预应力,其定义按施工阶段来。

b.挂蓝块:为了施加挂蓝荷载,注意要分配给节点。

c.吊篮:吊篮即合拢时的悬挂支架。

8.施工阶段

10n号块

每个阶段激活相应的结果组、边界组和荷载组。边界组只有0号块时激活。荷载组中,激活下一阶段挂蓝块(最后)的同时,需钝化本阶段的(最后)。激活挂蓝块是为了给下一阶段做准备,而非作用于本阶段。如,0号块上没有用挂篮施工,但在施工1号块时,挂蓝悬吊于0号块上。所以,0号块阶段中激活挂蓝块(最后),是为了给1号块施工左准备。另外,激活和钝化挂蓝块都选择在“最后”,是为了不影响下阶段。n号块激活吊篮块。

2)边跨合拢

3)边跨吊篮拆除

4)临时固结拆除

5)中跨合拢

6)中跨挂蓝拆除

7)二期恒载:持续时间10年,施加了二期恒载。



9.后处理

悬臂法预拱度只适用于悬臂建模助手的情况,因此只有对利用悬臂法建模助手建立的模型进行施工阶段分析后才能得到悬臂法预拱度的图形和表格。自己动手建立施工阶段模型时,应查看结果—一般预拱度,一般预拱度中可以提供施工预拱度和制作预拱度的控制图和表格。制作预拱度控制图只有在“施工阶段分析控制”中选择了“赋予各施工阶段中新激活构件初始切向位移”才能被激活。如果是预制装配施工就用制作预拱度的结果,如果是现浇的就用施工预拱度的结果。可参考《桥梁的制作预拱度和施工预拱度》和《关于位移查看时几种位移结果的说明》。

预拱度的大小通常等于全部恒载和一半静活载所产生的竖向挠度值,这意味着在常遇荷载情况下桥梁基本上接近直线状态。对于位于竖曲线上的桥梁,应视竖曲线的凸起(或凹下)情况,适当增(或减)预拱度值,使竣工后的线型与竖曲线接近一致。即预抛高(反拱曲线)f=-f1-f2,其中f1=恒载位移,f2=1/2静活载位移。也就是说,对于悬臂施工桥梁的预拱度设置,在预拱度上分两部分: (1)悬臂施工部分的预拱度,保证悬臂施工结束后,桥梁达到设计目标线型的预拱度。 (2)成桥后保证在二恒加载,1/2汽车活载以及一定时间收缩徐变影响下的桥梁保持设计线型的预拱度设置。


备 注:

(1)这是2009年上学期间做一个小项目时的学习笔记,实际就是悬臂施工监控计算,最终给出预抛高;后来写成了一个小教程,供身边的同学、同门等参考,同期把个人觉得关键的钢束和截面两部分放到了本博客上。时隔四年,最近有很多网友想要此教程,只要本人看到留言一般都会尽快发送。但这样还是给网友和我带来很大不必要的麻烦,故今天特将整个小教程贴出来,供大家参考。声明:这只是个人的学习随笔,没有太多技术和价值,仅供参考!!!

(2)预应力钢束输入时涉及的插件,大家可以到新浪共享资料、网易土木等处输入关键字搜索,很容易找到,不要再留言索要,敬请谅解!!!

(3)像MIDAS这类软件使用起来其实很简单,只要明白相关专业知识,软件只是个工具,所以掌握专业知识才是关键。

-----2013/05/05

(4)因本人长时间不从事桥梁施工及MIDAS模拟相关工作和学习,相关资料遗失不少,需要插件等的朋友请到相关论坛寻找,故本人不再逐个回复,抱歉。-----2015-04-16

(5)因网易博客官方关闭,帖子搬迁到本主页,本帖网易点击量5574。——2018年9月25日

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