迈达斯civil使用手册.doc

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1、Civil 使用手册 01-材料的定义 通过演示介绍在程序中材料定义的三种方法。 1、通过调用数据库中已有材料数据定义示范预应力钢筋材料定义。 2、通过自定义方式来定义示范混凝土材料定义。 3、通过导入其他模型已经定义好的材料示范钢材定义。 无论采用何种方式来定义材料，操作顺序都可以按下列步骤来执行：选择设计材料类 型（钢材、混凝土、组合材料、自定义）选择的规范选择相应规范数据库中材料。 对于自定义材料，需要输入各种控制参数的数据，包括弹性模量、泊松比、线膨胀系 数、容重等。 钢材规范 混凝土规范 图 1 材料定义对话 框 4-2 02-时间依存材料特性定义 我们通常所说的混凝土的收缩徐变特性

2、、混凝土强度随时间变化特性在程序里统称为 时间依存材料特性。 定义混凝土时间依存材料特性分三步骤操作： 1、定义时间依存特性函数（包括收缩徐变函数，强度发展函数） （图 1，图 2） ； 2、将定义的时间依存特性函数与相应的材料连接（图 3） ； 3、修改时间依存材料特性值（构件理论厚度或体积与表面积比） （图 4） ； 图 1 收缩徐变函数 图 2 强度发展函数 4-3 定义混凝土时间依存材料特性时注意事项： 1） 、定义时间依存特性函数时，混凝土的强度要输入混凝土的标号强度； 2） 、在定义收缩徐变函数时构件理论厚度可以仅输入一个非负数，在建立模型后通过 程序自动计算来计算构件的真实理论厚

3、度； 3） 、混凝土开始收缩时的材龄在收缩徐变函数定义中指定，加载时的混凝土材龄在施 工阶段定义中指定（等于单元激活时材龄+荷载施加时间） ； 4） 、修改单元时间依存材料特性值时要对所有考虑收缩徐变特性的混凝土构件修改其 构件理论厚度计算值。计算公式中的 a 代表在空心截面在构件理论厚度计算时，空心部分 截面周长对构件与大气接触的周边长度计算的影响系数； 5） 、当收缩徐变系数不按规范计算取值时，可以通过自定义收缩徐变函数来定义混凝 土的收缩徐变特性； 6） 、如果在施工阶段荷载中定义了施工阶段徐变系数，那么在施工阶段分析中将按施 工阶段荷载中定义的徐变系数来计算。 图 3 时间依存材料特性

4、连接 图 4 时间依存材料特性值修 改 4-4 03-截面定义 截面定义有多种方法，可以采用调用数据库中截面（标准型钢） 、用户定义、采用直 接输入截面特性值的数值形式、导入其他模型中已有截面（图 1图 3） 。 在这个例题中分别采用这四种方式定义了几个截面，采用调用数据库中标准截面定义 角钢截面；采用用户输入截面 形状参数定义箱形截面；用户 输入截面特性值定义矩形截面； 通过导入其他模型中的 PSC 截面来形成当前模型中的两个 新的截面。 对于在截面数据库中没有 的截面类型，还可以通过程序 提供的截面特性计算器来生成 截面数据，截面特性计算器的 使用方法有相关文件说明，这 里就不赘述。 图

5、1 数据库/用户截面定义对话框 调用数据库中标准截面输入截 面控制 参数定 义截面 图 2 数值型截面定义对话框 图 2 数值型截面定义对话框 4-5 04-建立节点 节点是有限元模型最基本的单位，节点的建立可以采用捕捉栅格网、输入坐标、复制 已有节点、分割已有节点等方法来建立新的节点，另外在复制单元的同时程序会自动生成 构成单元的节点。 节点建立过程中可能会出现节点号不连续的情况，这是可以通过对选择节点进行重新 编号或紧凑节点编号来进行编辑。 以上几个命令在语音资料中都将为大家一一演示。 05-建立单元 在 MIDAS/Civil 中可以通过多种方法来建立单元，包括连接已有节点建立单元、对已

6、 有单元进行分割建立新的单元、扩展已有节点或单元生成更高维数的单元、导入 AUTOCAD 的 DXF 文件来生成单元的方法等。 对于复制单元、分割单元、扩展单元都可以执行等间距操作和任意间距操作。 需要注意的是：使用镜像功能复制单元时，新生成的单元的局部坐标系方向与源单元 的局部坐标系方向相反，因此需要调整单元的局部坐标系方向使得输出的单元内力方向统 一。 在导入 AUTOCAD 的 DXF 文件时，只要选择需要的图层中的图形文件就可以方便的 建立整体结构模型，然后再对导入的单元赋予单元属性即可完成结构模型的建立。 图 3 导入截面对话框 4-6 06-定义边界条件 MIDAS/Civil 里

7、包含多种边界表现形式。这里介绍的比较常用的一般支撑、节点弹性 支撑、面弹性支撑、刚性连接等边界条件的定义方法。 一般支撑是应用最广的边界条件，选择要施加一般支撑的节点，选择约束自由度方向 即完成一般支撑的定义。节点弹性支撑的定义方法同一般支撑，不同的是在定义约束的自 由度方向要输入约束刚度。 面弹性支撑不仅可以针对板单元来定义弹性 支撑条件，而且可以对梁单元、实体单元来定义 面弹性支撑。这种支撑条件在模拟结构与土体的 连接条件时应用比较广。需要输入的参数地基弹 性模量，这个可以在地质勘查报告中查得。图 1 所示为面弹性支撑定义对话框。 对于弹性连接和刚性连接涉及的都是两个节 点间的连接情况。对

8、于弹性连接选择连接的自由 度方向和该方向的刚度参数就可以了，弹性连接 的方向是按照连接的两个节点间的局部坐标系方 向来定义的（如图 2）！刚性连接是强制从属节点 的某些自由度从属于主节点（如图 3 所示） 。 图 1 面弹性支撑定义 输入基床系数 图 2 弹性连接局部坐标系图 3 刚性连接对话框 指定主节 点，与选 择的从属 节点建立 刚性连接。 4-7 07-定义自重荷载 MIDAS/Civil 对结构的自重荷载可以通过程序来自动计算。程序计算自重的依据是材 料的容重、截面面积、单元构件长度、自重系数来自动计算结构自重。 在定义自重时，首先要定义自重荷载的荷载工况名称，并定义自重所属的荷载组

9、，然 后输入自重系数即可。对于荷载系数，通常在 Z 方向输入-1 即可，因为通常考虑的模型的 重力作用方向都是竖直向下，而程序默认的整体坐标系 Z 的正方向是竖直向上的。如果自 重作用时考虑结构的容重与材料定义时的容重不同，这里自重系数只要输入计算自重时要 考虑的容重与材料定义的容重之比就可以了。演示例题中以计算自重时混凝土自重按 26KN/m3 考虑。 图 1 自重定义对话框 自重系数输入 4-8 08-钢束预应力荷载 钢束预应力荷载模拟的是预应力混凝土结构中张拉预应力钢束的作用。在程序中通过 三个步骤来实现，首先要定义模型中采用的预应力钢束的性质，其次要定义预应力钢筋布 置形状，然后对布置

10、到结构中的预 应力钢束输入张拉控制应力即可完 成钢束预应力荷载的定义。 1、钢束特性值定义 定义钢束特性值时可以选 择预应力张拉形式、单根预应力钢 筋面积、后张法导管直径、松弛系 数等与预应力钢筋应力计算参数。 如果在分析中不考虑预应力损失， 那么图 1 中标示图框的部分内容可 以不输入或输入为 0，那么钢束预 应力因松弛、超张拉、摩擦、锚具 变形引起的损失将不予考虑，对于 预应力钢筋的其他两项损失：混凝 土收缩徐变引起的损失和混凝土弹 性压缩引起的损失在施工阶段分析 控制中选择定义（图 2） 。 2、钢束布置形状 操作例题中参考的预应力 钢筋布置形式如图 3 所示。预 应力钢束布置可以通过二

11、维或三维的输入方式来输入，通过输入钢束形状主要控制点 坐标和预应力钢筋弯起半径，并输入插入点坐标即预应力钢筋坐标参考位置坐标即完 成钢束布置定义（图 4） 。 3、 输入钢 束张拉控 制应力 选 择要张 拉的 钢束， 输入 张拉控 制应 力（或 张拉 控制内 力） ， 并输入 注浆 时间， 即在 哪个阶 段开 始考虑 图 1 钢束特性值定义 4-9 按换算截面来进行计算。如图 5 所示。 图 3 钢束布置形状 图 4 钢束布置定义对话框 图 5 钢筋张拉应力对话框 图 2 施工阶段分析控制选项 4-10 09-温度荷载定义 MIDAS/Civil 可以考虑 5 种温度荷载的施加方式。这几种不同

12、 的温度荷载分别适用于不同的温度荷载定义。 系统温度适用于整体结构的整体升温或整体降温。 节点温度和单元温度适用于对选择节点或单元的整体升、降温 作用。 温度梯度适用于对梁或板沿截面高度和宽度方向考虑温度梯度 作用。例如在梁高方向输入温度梯度 5 度（图 2） ，梁截面实际温 度荷载作用如图 3 所示。 梁截面温度荷载适用于对梁截面施加折线形温 度荷载。通过输入折线形温度荷载的每个线性温度 作用的截面宽度，作用截面高度及该高度范围内的 温度。需要注意的是对于空心截面，温度荷载实际 作用宽度一定要扣除空心部分截面宽度影响。截面 高度位置的温度值为实际温度值，不是相对于系统 温度的相 对值。当 截

13、面为联 合截面或 组合截面 时，输入 每段线性 温度荷载 时的材料 特性应依 据截面位 置不同而 输入不同 的材料特 性（图 4） 。 对于 结构的初 始温度在 模型结 图 1 温度荷载类型 图 2 温度梯度荷载 图 3 温度梯度 5 度时实际温度荷载图 4 梁截面温度荷载定义对话框 4-11 构类型中指定，通常指定为 0 度即可。 10-移动荷载定义 移动荷载定义分四个步骤： 1. 定义车道（适用于梁单元）或车道面（适用于板单元） ； 2. 定义车辆类型； 3. 定义移动荷载工况； 4. 定义移动荷载分析控制选择移动荷载分析输出 选项、冲击系数计算方法和计算参数。 （一） 、车道及车道面定义

14、 移动荷载的施加方法，对于不同的结构形式有不同的定 义方法。对于梁单元，移动荷载定义采用的是车道加载；对 于板单元，移动荷载定义采用的是车道面加载。对梁单元这 里又分为单梁结构和有横向联系梁的梁结构，对于单梁结构 移动荷载定义采用的是车道单元加载的方式，对于有横向联 系梁的结构移动荷载定义采用的是横向联系梁加载的方式。 对于单梁结构的移动荷载定义在 PSC 设计里边已经讲过了， 这里介绍的是有横向联系梁结构的移动荷载定义以及板单元 移动荷载定义。 横向联系梁加载车道定义：在定义车道之前首先要定义 横向联系梁组，选择横向联系梁，将其定义为一个结构组。 车道定义中移动荷载布载方式选择横向联系梁布载

15、（图 1） ， 然后选择车道分配单元、偏心距离、桥梁跨度后添加即可完 成车道的定义。 4-12 车道 面定义 （图 2）： 对于板单 元建立的模型进行移动荷载分析时，首先需要建立车道面。输入车道宽度、车道偏心、桥 梁跨度、车道面分配节点后添加即可完成车道面定义。 （二） 、车辆类型选择 无论是梁单元还是板单元在进行移动荷载分析时，定义了车道或车道面后，需要选择 车辆类型，车辆类型包括标准车辆和用户自定义车辆两种定义方式（图 3） 。 （三） 、移动荷载工况定义 定义了车道和车辆荷载后，将车道与车辆荷载联系起来就是移动荷载定义。在移动荷 载子工况中选择车辆类型和相应的车道，对于多个移动荷载子工况

16、在移动荷载工况定义中 选择作用方式（组合或单独） ，对于横向车道折减系数程序会自动考虑（图 4） 。 （四）移动荷载分析控制 在移动荷载分析控制选项中选择移动荷载加载位置、计算内容、桥梁等级、冲击系 数计算方法及计算参数（图 5） 。 图 1 采用横向联系梁布载时车道定义 横向联系梁组定义 4-13 加载位置 图 3 车辆类型选择 图 2 车道面定义 子荷载工况定义 各子荷载工 况组合类型 图 4 移动荷载工况定义 4-14 注意事项总结： 1、车道面只能针对板单元定义，否则会提示“影响面数据错误” 。 2、车道定义中，当为多跨桥梁时，对应下面的车道单元应输入不同的桥梁跨度。该 功能主要为了对

17、不同跨度的桥梁段赋予不同的冲击系数。 3、移动荷载工况定义中当考虑各子荷载工况的组合效果时，组合系数在各子荷载工 况定义中的系数中定义。 4、移动荷载分析控制选项中影响线加载点的数量越多在移动荷载追踪时荷载布置位 置越精确；计算内容选项中如果不选择计算应力，那么在后处理中将不会显示由 移动荷载引起的结构应力；当冲击系数不按基频来计算时，选择规范类型为其他 规范，这里提供了多种常用的冲击系数计算方法（图 6） 。 计算内容 桥梁等级 冲击系数计算方 法和计算参数 图 5 移动荷载分析控制选项 图 6 冲击系数计算方法 4-15 11-变截面及变截面组的定义 通过对一个简支梁单元截面的定义来演示变

18、截面和变截面组如何定义，及各自的适用 范围。 变截面是针对某个单元的截面形式；对于一组连续的单元，当截面类型相同、变化形 式相同时，可以采用变截面组的功能。 定义变截面时，只需在“截面变截面”里定义即可。定义变截面组时，首先要先针 对一组单元定义一个变截面，这个变截面的 i 端截面形式为这一组单元 i 端截面形式，这 个变截面的 j 端截面形式采用的这一组单元 j 端的截面形式，然后将这个变截面赋予给这 一组单元形成如图 1 所示的结构形式，然后再在模型变截面组中定义变截面组数据，这 里包括变截面组名称、变截面组包含的变截面单元、截面高度方向和截面宽度方向的变化 图 1 采用相同变截面的一组单

19、元 4-16 形式，然后选择添加，即可将采用相同变截面的一组单元转变为适用于一组单元的变截面 组，形成如图 2 所示的结构形式。 定义了变截面组后，如果要查看每个单元的截面特性，可以使用转变变截面组为的变 截面的功能，将适用于一组单元的变截面组转变为针对每个单元的变截面。 12-质量数据定义 在进行动力分析时要对结构输入结构的质量数据，质量数据在程序里包含三部分内容， 自重转化的质量、荷载转化的质量、节点质量数据。其中前两个在结构分析计算比较常用。 图 2 定义变截面组后的结构形式 图 3 变截面组转变为变截面后 4-17 自重引起的质量也就是结构自身的质量只能在“模型结构类型将结构的自重转化

20、 为质量”中定义，只要选择转化的方向就可以了。 对于二期恒载，程序在进行结构分析的时候都 是按照荷载的形式施加的，在进行动力分析时，二 期恒载实际上是作为结构的一部分要参与动力分析 的，因此需要考虑它的质量影响。二期恒载的质量 定义需要在“模型质量将荷载转化为质量”中 来定义（图 1） 。 对于节点质量，通常对局部结构考虑附加质量 时可以将附加质量按节点质量考虑来施加（图 2） ， 但这种情况并不多见。 对于结构的质量数据可以通过“查询质量统 计表格”来查看具体的不同质量的定义情况（图 3） 。 图 1 自重转化为质量定义 图 2 荷载转化为质量定义 4-18 13-PSC 截面钢筋定义 图

21、3 结构质量数据查询 4-19 对于预应力混凝土结构，除了配置预应力钢筋外，还要配置一定数量的普通钢筋。在 这里普通钢筋包含以下钢筋内容：纵向普通钢筋、弯起钢筋、腹板竖向预应力钢筋、抗扭 钢筋（抗扭箍筋和抗扭纵筋） 、抗剪钢筋（图 1，图 2） 。 演示例题中采用的是 T 形截面，纵向普通钢筋配置情况是：在马蹄部分配置了两层纵 向普通钢筋，在上翼缘配置了一层普通钢筋。对于纵向钢筋输入钢筋配置位置数据后，在 PSC 截面钢筋输入对话框中会时时显示钢筋的布置情况，可以方便用户检查钢筋输入是否 正确。 “抗剪钢筋”数据输入中包含纵向弯起钢筋、腹板竖筋、抗扭钢筋、抗剪钢筋的配置 数据。对以上数据输入需

22、要注意的有以下几点： 1） 、对于弯起钢筋需要输入的是该截面处弯起钢筋的间距、弯起角度、弯起钢筋面积； 2） 、对于纵向抗扭钢筋不包含在 PSC 截面纵向钢筋数据中，而是要在抗扭钢筋中单独 定义。在 PSC 截面纵向钢筋中输入的是仅提供抗弯作用的纵向钢筋数据，同样在抗扭钢筋 中定义的箍筋数据也仅用来验算剪扭构件的抗扭和抗剪承载力； 3） 、在箍筋数据定义中输入的是提高斜截面抗剪承载能力的箍筋数据； 图 1 纵向普通钢筋配置 图 2 其他类型普通钢筋配置 4-20 4） 、对于所有的箍筋数据输入的都是单肢箍筋截面积，程序计算时会按双肢箍筋进行 计算。因此对截面可能配置多肢箍筋的情况要先将多肢箍筋

23、面积按双肢箍筋面积进行换算 后输入换算后的单肢箍筋面积。 配置了纵向普通钢筋后在分析中如果要考虑普通钢筋对截面刚度的影响以及对结构承 载能力的影响就要在“分析主控数据”中选择“在计算截面刚度时考虑钢筋” 。否则程 序在计算过程中不考虑纵向普通钢筋对截面刚度和结构承载能力的影响。 14-节点荷载定义 选择要定义节点荷载的节点，针对 6 个自 由度方向输入定义的节点荷载即可。如果针对 节点定义了节点局部坐标系，那么定义的节点 图 3 分析主控数据 图 1 节点荷载定义对话框 4-21 荷载是在节点局部坐标系下的荷载情况，否则是在整体坐标系的荷载施加情况。 15-梁单元荷载定义 梁单元荷载包括梁单元

24、均布荷载、梁单元集中荷 载、梁单元梯形荷载几种形式（图 1 所示） 。 定义梁单元荷载时，首先选择梁单元荷载类型， 然后选择作用方向，再按荷载作用位置输入作用位置 处荷载集度即可完成梁单元荷载的定义。 在例题中为大家分别演示了集中荷载、均布荷载、 梯形荷载的定义方法，相同类型的梁单元弯矩和扭矩 荷载采用相同的定义方法。各种荷载值见表 1。 梁单元集 中荷载 梁单元均 布荷载 梁单元梯 形荷载 相对位置 1 0.5 0 0.1 4-22 表 1 各类梁单元荷载值 16.1-组的定义 进行施工阶段分析时一定要定义组信息。组是 MIDAS/Civil 一个非常有特色的概念 可以将一些节点和单元定义为

25、一个结构组，以便于建模、修改和输出；将在同一施工阶 段同时施加或同时撤除的边界条件定义为一个边界组；对于在同一施工阶段施加或撤除的 荷载定义为一个荷载组；对于受力性能相同、预应力损失情况一致的钢束定义为一个钢束 组。组的定义极大的方便了施工阶段的定义。 定义组时，首先要定义组的名称，然后选择该组中包含的节点或单元，将组的名称拖 放到模型窗口中，选择适当的内容即可完成对组的 定义。对于边界组和荷载组的定义也可以在定义边 界条件和定义荷载时实时地选择各边界或各荷载所 属的边界组或荷载组情况。例题中给出的是在已经 定义过边界条件和荷载条件的模型中通过修改边界 和荷载信息来定义边界组和荷载的情况。 实

26、时定义的情况如图 2 所示。针对某节点或单 位置 1 荷载集度 -1KN -2KN -1KN 相对位置 2 1 1 0.4 位置 2 荷载集度 -5KN -2KN -3KN 相对位置 3 0.6 位置 3 荷载集度 -5KN 相对位置 4 1 位置 4 荷载集度 -2KN 图 1 梁单元荷载类型 图 1 定义结构组名称 4-23 元定义的边界条件，通过选择边界类型边界组名称约束类型，即可完成边界组的定义； 对于荷载组，通过选择荷载类型荷载工况名称荷载组名称荷载集度，即可完成荷载 组的定义。 需要修改边界组和荷载组时，可以通过修改边界信息和荷载信息来完成。如 3 图所示 为边界组的编辑情况，在边

27、界条件信息表格中通过下拉菜单来选择修改边界组信息。 进行施工阶段分析时，首先要定义 组信息，然后就可以定义施工阶段信息 了。选择在同一个施工阶段施工的构件 定义为一个结构组，并在该施工阶段中 激活，将在同一施工阶段拆除的构件定 义为一个结构组，在该施工阶段钝化。 边界组和 荷载组的定义同结构组的定义。 定义好施工阶段信息 后，进行施工阶段分析时， 还要选择施工阶段分析控 制选项。选择计算分析的 施工阶段、考虑收缩徐变 效果的计算控制选项、结 果输出控制等内容。 图 2 定义边界时指定边界组 图 3 修改边界组 图 4 施工阶段定义 图 5 施工阶段分析控制 4-24 17-支座沉降和支座强制位

28、移 支座沉降和支座强制都是用来分析支座变形对结构影响的，但针对的情况有所不同， 对于已知支座沉降变形值的情况下，可以通过定义支座强制位移来进行分析；当不确定具 体哪个支座发生沉降，但可以预估沉降值，可以通过定义支座沉降荷载工况来分析。 对于支座强制位移分析，通过定义节点强制位移即可。选择荷载节点强制位移，选 择发生位移的节点，输入已知的各自由度方向变形值，程序对定义了变形的自由度自动施 加约束。 对于支座沉降分析，首先要定义可能会发生沉降的支座的沉降值，即支座沉降组定义， 然后针对支座沉降组定义支座沉降荷载工况，选择可能发生沉降的最多和最少沉降组个数， 由程序自动组合各种可能的沉降工况进行分析

29、，最终给出最不利沉降下的分析结果。 18-施工阶段联合截面定义 两种以上材料组成的联合截面，要进行考虑联合效 果后的结构分析。特别是包含混凝土的联合截面考虑混 图 1 节点强制位移定义 图 2 支座沉降组定义 图 3 支座沉降荷载工况定义 4-25 凝土的收缩和徐变时必须要使用施工阶段联合截面功能。 首先采用联合后截面建立结构模型，并定义施工阶段信息，然后才能定义施工阶段联 合截面。选择荷载施工阶段分析数据施工阶段联合截面功能来定义。 本文以钢管混凝土为例（图 1） ，钢管直径 1m，钢管壁厚 0.1m，钢管采用 Q235 钢材， 内部填充 C40 混凝土。采用的施工顺序为：架设第一跨钢管灌注

30、第一跨混凝土架设第 二跨钢管灌注第二跨混凝土，其中混凝土考虑收缩徐变效果。 在定义施工阶段联合截面时，首先要选择联合截面开 始的施工阶段，对于建模时采用的截面为组合截面或联合 截面时，联合形式包括标准和用户两种方式，当建模时采 用的截面为一般截面时，联合方式只有用户这一种方式。 本例题中采用的是普通截面， 所以联合形式只有用户一种 形式，分两次联合，所以位 置号输入 2。在施工顺序一栏 中输入联合前各截面的材料 类型、参与联合阶段、材龄、 联合前截面相对于联合后截 面位置、联合前截面刚度等 数据。这里要注意的是联合 前截面的相对位置参考点是 联合后截面轮廓的左下角。 每个位置处对应的刚度是联

31、合前的截面刚度，可以数值 输入，也可以通过建立联合 前截面并在刚度定义中导入 联合前截面即可。 19-截面特性计算器 对于一些特殊截面可以通过程序自带的截面特性计算器功能来计算这些截面的截面特 性值，并导入到程序中定义新的截面。对于一般截面通过生成 plane 形式截面来计算截面 特性，对于薄壁结构采用 line 形式生成截面并计算截面特性。 例题中分别针对 plane 形式截面和 line 形式截面分别建立模型计算截面特性值。 通过导入 dxf 文件生成 plane 形式截面来计算截面特性值：在 AutoCAD 中的截面导入 spc 中生成截面并计算截面特性值，导出 MIDAS Sectio

32、n 文件（只有 plane 形式截面可以导 出 section 文件） 。 在 spc 中画得截面轮廓，并对薄壁截面各边赋予壁厚值，生成截面并计算截面特性值， 导出 mct 文件。使用 line 形式计算截面特性值时需要注意的是：对于闭合截面必须对闭合 部分首先生成封闭曲线（register closed loop） ，才可通过生成截面并计算截面特性值，否则 计算得到的抗扭刚度值是按非闭合薄壁截面的抗扭刚度计算方法得到的计算值。 图 1 钢管混凝土截面(单位， mm) 图 2 施工阶段联合截面定义 4-26 北京迈达斯技术有限公司 预应力混凝土连续 T 梁的分析与设计 目 录 概要 .2 设置

33、操作环境 .6 定义材料和截面 .7 建立结构模型 .12 PSC截面钢筋输入 .17 输入荷载 .18 定义施工阶段 .26 输入移动荷载数据 .31 运行结构分析 .35 查看分析结果 .36 PSC设计 .51 概要 本例题使用一个简单的预应力混凝土两跨连续梁模型（图1）来重点介绍MIDAS/ Civil软件的PSC截面钢筋的输入方法、施工阶段分析功能、钢束预应力荷载的输入 方法、移动荷载的输入方法和查看分析结果的方法、设计数据的输入方法和查看设 计结果的方法等。 图1. 分析模型 桥梁概况及一般截面2 分析模型为一个两跨连续梁，其钢束的布置如图2所示，分为两个阶段来施工。 桥梁形式：两

34、跨连续的预应力混凝土梁 桥梁长度：L = 302 = 60.0 m 钢束坐标 区 分 x (m ) 0 12 24 30 36 48 60 钢束1 z (m) 1.5 0.2 2.6 1.8 钢束2 z (m) 2.0 2.8 0.2 1.5 图2. 立面图和剖面图 注：图2中B表示设置的钢绞线的圆弧的切线点。 预应力混凝土梁的分析与设计步骤 预应力混凝土梁的分析步骤如下。 1. 定义材料和截面 2. 建立结构模型 3. 输入PSC截面钢筋 4. 输入荷载 恒荷载 钢束特性和形状 钢束预应力荷载 5. 定义施工阶段 6. 输入移动荷载数据 定义车道 定义车辆 移动荷载工况 7. 运行结构分析

35、8. 查看分析结果 9. PSC设计 PSC设计参数确定 运行设计 查看设计结果 使用的材料及其容许应力 混凝土 采用JTG04（RC）规范的C50混凝土 钢材 采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860 荷载 恒荷载 自重 在程序中按自重输入 预应力 钢束(15.2 mm31) 截面面积: Au = 4340 mm 2 孔道直径: 130 mm 钢筋松弛系数(开),选择JTG04和0.3(低松弛) 超张拉(开) 预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm2 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:0.25 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:1.5e-006(1/mm) 锚具变

36、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):5000tonf/m 2 长期荷载作用时混凝土的材龄: 5天ot 混凝土与大气接触时的材龄: 3天s 相对湿度: %70=RH 大气或养护温度: C2T 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 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

37、载，即CH-CD 设置操作环境 打开新文件( 新项目)，以 PSC Beam 为名保存( 保存)。 将单位体系设置为 tonf和m 。该单位体系可根据输入数据的种类任意转换。 文件 / 新项目 文件 / 保存 ( T-PSC-Beam ) 工具 / 单位体系 长度 m ; 力tonf 图3. 设置单位体系 单位体系还可以通 过点击画面下端状态 条的单位选择键( ) 来进行转换。 定义材料和截面 下面定义PSC Beam所使用的混凝土和钢束的材料特性。 模型 / 材料和截面特性 / 材料 类型混凝土 ; 规范 JTG04（RC） 数据库 C50 名称(Strand1860 ) ; 类型钢材 ;

38、规范 JTG04（S） 数据库 Strand1860 图4. 定义材料对话框 同时定义多种材料 特性时，使用 键可以连续输入。 定义截面 PSC Beam的截面使用比较简单的T形截面来定义。 模型 /材料和截面特性 / 截面 数据库/用户 截面号 ( 1 ) ; 名称 (T-Beam Section) 截面类型PSC-工形 截面名称:None 对称:(开) ; 剪切验算:(开); Z1自动:(开); Z2自动: (开) 抗剪用最小腹板厚度: (开) t1:自动(开); t2:自动(开); t3:自动(开) 抗扭用: (开) HL1:0.2 ; HL2:0.05 ; HL3:1.15 ; HL4

39、:0.25 ; HL5:0.25 BL1:0.11 ; BL2:0.75 ; BL4:0.35 ; 考虑剪切变形(开) 偏心中-下部 图5. 定义截面的对话框 定义材料时间依存特性并连接 为了考虑徐变、收缩以及抗压强度的变化，下面定义材料的时间依存特性。 材料的时间依存特性参照以下数据来输入。 28天强度 : f ck = 5000 tonf/m2 相对湿度 : RH = 70 % 理论厚度 : 1m(采用程序自动计算) 拆模时间 : 3天 模型 /材料和截面特性 / 时间依存性材料(徐变和收缩) 名称 (Shrink and Creep) ; 设计标准China(JTG D62-2004)

40、28天材龄抗压强度 (5000) 环境年平均相对湿度(40 99) (70) 构件的理论厚度 (1) 水泥种类系数(Bsc):5 开始收缩时的混凝土材龄 (3) 图6. 定义材料的徐变和收缩特性 截面形状比较复杂时， 可使用 模型 材料和截面特 性值 修改单元材料时间依 存特性 的功能来输入h值 。 参照图8将一般材料特性和时间依存材料特性相连接。即将时间依存材料特性赋 予相应的材料。 模型 / 材料和截面特性 / 时间依存材料连接 时间依存材料类型徐变和收缩徐变和收缩 选择指定的材料材料1:C50 选择的材料 图8. 连接时间依存材料特性 建立结构模型 利用建立节点和扩展单元的功能来建立单元

41、。 点格( 关) ; 捕捉点(关) ; 捕捉轴线(关) 正面 ; 自动对齐 模型节点 建立节点 坐标 (0,0,0) 模型单元 扩展单元 全选 扩展类型节点 线单元 单元类型梁单元 ; 材料1:C50 ; 截面 1: T-Beam section 生成形式复制和移动 复制和移动等间距dx,dy,dz(2, 0, 0) 复制次数(30) 图7. 建立几何模型 修改单元的理论厚度 模型/材料和截面特性/修改单元的材料时间依存特性 选项添加/替换 单元依存材料特性构件的理论厚度 自动计算(开) 规范中国标准 公式为：a( 0 ) 图8.修改单元理论厚度 定义结构组、边界条件组和荷载组 为了进行施工阶

42、段分析，将在各施工阶段(construction stage)所要激活和钝 化的单元和边界条件定义为组，并利用组来定义施工阶段。 组结构租 新建 定义结构组名称( Structure ) ; 后缀 ( 1to2 ) 定义结构组名称 ( All ) 单元号 (on) 窗口选择 (单元 : 1 to 18) 组结构组 Structure1 (拖 后缀( 1to2 ) - 图11. 建立边界组(Boundary Group) 新建荷载组 恒荷载组和预应力荷载组名称的新建方法如下。 组荷载组 新建 定义荷载组名称 ( Selfweight ) 定义荷载组名称 ( Prestress ) ; 后缀 (

43、1to2 ) 图12. 建立荷载组(Load Group) 输入边界条件 边界条件的输入方法如下。 单元号 (关) ; 节点号 (开) 模型 /边界条件 / 一般支承 单选(节点 : 1) 边界组名称Boundary1 选择添加 支承条件类型 Dy, Dz, Rx (开) 单选 (节点 : 16) 边界组名称Boundary1 选择添加 支承条件类型Dx, Dy, Dz, Rx (开) 单选 (节点 : 31) 边界组名称Boundary2 选择添加 支承条件类型 Dy, Dz, Rx (开) 图13. 定义边界条件 PSC截面钢筋输入 PSC截面钢筋输入方法如下 模型材料和截面特性PSC截面

44、钢筋 截面列表TBeam Section 纵向钢筋 (i,j)两端钢筋信息相同(开) I端 1 直径(d16) 数量(14) Ref.Y(中央) Y(0) Ref.Z(上部) Z(0.06) 间距(0.10) 2 直径(d16) 数量(6) Ref.Y(中央) Y(0) Ref.Z(下部) Z(0.06) 间距(0.10) 抗剪钢筋 (i,j)两端钢筋信息相同(开) I端 弯起钢筋(开) 间距(1.5m) 角度(45) Aw(0.000509m2) 抗扭钢筋(开) 间距(0.2m) Awt(0.0002262m2) Alt(0.0002262m2) 箍筋(开) 间距(0.2m) Aw(0.00

45、02262m2) 图14. PSC截面钢筋输入 输入荷载 输入施工阶段分析中的自重荷载和预应力荷载。 荷载/ 静力荷载工况 名称 (selfweight) 类型 (施工阶段荷载) 名称 (Prestress1) 类型 (施工阶段荷载) 名称 (Prestress2) 类型 (施工阶段荷载) 图15. 输入静力荷载工况的对话框 输入恒荷载 使用 自重 功能输入恒荷载。 荷载 / 自重 荷载工况名称 Selfweight 荷载组名称 Selfweight 自重系数 Z (-1) 图16. 输入恒荷载 输入钢束特性值 荷载/ 预应力荷载 / 预应力钢束的特性值 预应力钢束的名称 (Tendon )

46、; 预应力钢束的类型内部(后张) 材料2: Strand1860 钢束总面积 (0.00434) 或者 钢铰线公称直径15.2mm(1x7) 钢铰线股数 ( 31 ) 导管直径 (0.13) ; 钢束松弛系数(开)：JTG04 0.3 预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm2 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:0.3 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数: 0.0066（1/mm） 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值: 开始点:0.006m 结束点:0.006m 粘结类型粘结 图17. 输入钢束特性值 输入钢束形状 首先输入第一跨的钢束形状。 隐藏(开) ; 单元号 (开) ; 节点号 (关

47、) 荷载/ 预应力荷载 / 预应力钢束形状 钢束名称 (Strand1) ; 钢束特性值Tendon 窗口选择 (单元 : 1 to 18) 输入类型2-D 曲线类型圆弧 钢束直线段开始点 (0) ; 结束点(0) 无应力场长度：用户定义长度，开始(0)，结束(0) 布置形状 y轴 1x ( 0 ), y ( 0 ), R( 0 ),倾斜(无) 2x ( 36 ), y ( 0 ), R ( 0 ), 倾斜(无) Z轴 1x ( 0 ), Z ( 1 ), R ( 0 ) 2x ( 12 ), Z ( 0.1 ), R ( 20 ) 3x ( 30 ), Z ( 1.7 ), R ( 20 )

48、 4x ( 36 ), Z ( 1.2 ), R ( 0 ) 对称点最后；钢束形状直线 钢束布置插入点 ( 0, 0, 0) ； 假想 x 轴方向X 绕 x 轴旋转角度0,投影(开) 绕主轴旋转角度(Y),(0) 图18. 定义钢束形状 下面输入第二跨的钢束布置形状。 荷载/ 预应力荷载 / 预应力钢束形状 钢束名称 (strand2) ; 钢束特性值Tendon 窗口选择 (单元 : 19 to 30) 输入类型2-D 曲线类型圆弧 钢束直线段开始点 (0) ; 结束点(0) 无应力场长度：用户定义长度，开始(0)，结束(0) 布置形状 y轴 1x ( 24 ), y ( 0 ), R( 0

49、 ),倾斜(无) 2x ( 60 ), y ( 0 ), R ( 0 ), 倾斜(无) Z轴 1x ( 24 ), Z ( 1.3 ), R ( 0 ) 2x ( 30 ), Z ( 1.9 ), R ( 20 ) 3x ( 48 ), Z ( 0.1 ), R ( 20 ) 4x ( 60 ), Z ( 1 ), R ( 0 ) 对称点最后；钢束形状直线 钢束布置插入点 ( 0, 0, 0) ； 假想 x 轴方向X 绕 x 轴旋转角度0,投影(开) 绕主轴旋转角度(Y),(0) 图19. 定义第二跨的钢束布置形状 下面按如下方法确认所输入的钢束的形状。 单元号(关) 显示综合钢束形状名称，钢

50、束形状控制点(开) 图20. 确认输入的钢束形 输入钢束预应力荷载 定义完钢束的形状后，在各施工阶段施加相应的预应力荷载。 荷载/ 预应力荷载/ 钢束预应力荷载 荷载工况名称Prestress1 ; 荷载组名称Prestress1 钢束 Strand1 已选钢束 张拉力应力 ; 先张拉开始点 开始点 (139500 ) ; 结束点 (139500 ) 注浆 : 下 ( 1 ) 图21. 输入预应力荷载 选择两端张拉时的 先张拉端。 定义对钢束孔道注 浆的施工阶段。注浆 前的应力按实际截面 计算，注浆后按组合 成的截面来计算。在 注浆中输入了1意味着 在张拉钢束之后的施 工阶段注浆。 输入钢束2

51、的预应力荷载。 荷载/ 预应力荷载 / 钢束预应力荷载 荷载工况名称Prestress2 ; 荷载组名称Prestress2 钢束 Strand2 已选择钢束 张拉力应力 ; 先张拉开始点 开始点(139500 ) ; 结束点(139500 ) 注浆 : 下 ( 1 ) 图22. 输入预应力荷载 定义施工阶段 本例题的施工阶段如表1所示。 表1. 各施工阶段的结构组、边界组和荷载组 荷载 /施工阶段分析数据 / 定义施工阶段 图23. 施工阶段输入窗口 施工阶段分析模型的阶段是由基本、施工阶段、最后阶段(PostCS)组成的。 基本阶段是对单元进行添加或删除、定义材料、截面、荷载和边界条件的阶

52、段 ，可以说与实际施工阶段分析无关，且上述工作只能在基本阶段进行。 施工阶段是进行实际施工阶段分析的阶段，在这里可以更改荷载状况和边界条 件。 最后阶段(PostCS)是对除施工阶段荷载以外的其他荷载进行分析的阶段，在该 阶段可以将一般荷载的分析结果和施工阶段分析的结果进行组合。最后阶段可以被 定义为施工阶段中的任一阶段。 结构组 边界组 荷载组施工 阶段 持续时 间(天) 激活 钝化 激活 钝化 激活 钝化 CS1 20 Structure1 Boundary1 SelfweightPrestress1 CS2 20 Structure2 Boundary2 Prestress2 CS3 3

53、650 下面定义施工阶段1(CS1)。 荷载 / 施工阶段分析数据 / 定义施工阶段 名称 ( CS1 ) ; 持续时间 ( 20 ) 保存结果施工阶段(开) ; 施工步骤(开) 单元 组列表 Structure1 激活材龄 ( 5 ) ; 边界 组列表 Boundary1 激活支承条件/ 弹性支承位置变形后 ; 荷载 组列表 Selfweight,prestress1 激活激活时间开始 ; 图24. 定义施工阶段1(CS1) 定义施工阶段2(CS2)。 荷载 / 施工阶段分析数据 / 定义施工阶段 名称 ( CS2 ) ; 持续时间 ( 20 ) 保存结果施工阶段(开) ; 施工步骤(on)

54、 单元 组列表Structure2 激活材龄 ( 5 ) ; 边界 组列表Boundary2 激活支承条件 / 弹性支承位置变形后 ; 荷载 组列表prestress2 激活激活时间开始 ; 图25. 定义施工阶段2(CS2) 下面定义施工阶段3(CS3)。在施工阶段3中结构体系、边界条件、荷载没 有变化，只是进行持续时间为3650天的时间依存性分析。 荷载 / 施工阶段分析数据 / 定义施工阶段 名称 ( CS3 ) ; 持续时间( 3650 ) 保存结果施工阶段(开) ; 施工步骤(开) 添加子步骤自动生成步骤数(29) 图26. 定义施工阶段3(CS3) 完成建模和定义施工阶段后，在施工

55、阶段分析选项中选择是否考虑材料的时间 依存特性和弹性收缩引起的钢束应力损失，并指定分析徐变时的收敛条件和迭代次 数。 分析 / 施工阶段分析控制 最终施工阶段最后施工阶段 分析选项考虑时间依存效果 (开) 时间依存效果 徐变和收缩(开) ; 类型徐变和收缩 徐变分析时的收敛控制 迭代次数 ( 5 ) ; 收敛误差 ( 0.01 ) 自动分割时间 (开) 钢束预应力损失 (徐变和收缩) (开) 抗压强度的变化 (开) 钢束预应力损失 (弹性收缩) (开) 图27. 指定施工阶段分析选项 选择“自动分割时 间”的话，程序会对 持续一定时间以上的 施工阶段，在内部自 动生成时间步骤来考 虑长期荷载的

56、效果。 最后阶段可指定为 任一阶段，通过选择 其它阶段来指定。 输入移动荷载数据 在施工阶段分析中，对于没有将类型定义为施工阶段荷载的一般静力荷载或移 动荷载的分析结果，可在最后阶段进行查看。本例题将在最后阶段查看对于移动荷 载的分析结果。 荷载 / 移动荷载分析数据 /移动荷载规范/china 荷载 / 移动荷载分析数据 /车道 车道名称 ( Lane ) 车道荷载的分布车道单元 车辆移动方向往返(开) 偏心距离 ( 0 ) 桥梁跨度 ( 30 ) 选择两点 ( 1, 31 ) 跨度始点:单元 1(开) 图28. 定义车道 输入数据时也可输 入数式。 该项为移动荷载加 载方向的选项。 输入车

57、辆荷载 输入数据库中的标准车辆荷载CH-CD。 荷载 / 移动荷载分析数据 / 车辆 车辆 添加标准车辆 标准车辆荷载 规范名称 公路工程技术标准(JTG B01-2003) 车辆荷载名称 CH-CD 图29. 输入车辆荷载 标准车辆荷载数据 库中未包含的荷载可 通过用户定义来输入 。 下面输入移动荷载工况。 荷载 /移动荷载数据分析/ 移动荷载工况 荷载工况 ( Moving Load ) 子荷载工况 车辆组VL: CH-CD 可以加载的最少车道数( 1 ) 可以加载的最大车道数 ( 1 ) 车道列表Lane 选择的车道列表 Lane 图30. 移动荷载工况的输入窗口 图31. 定义移动荷载

58、工况 移动荷载分析控制 分析 / 移动荷载分析控制 加载位置影响线加载 每个线单元上影响线点数量（3） 计算位置杆系单元内力（最大值当前其他内力）(开)，应力（开） 计算选项反力，位移，内力（全部） （开） 汽车荷载等级 公路-I级 冲击系数 规范类型(JTG D60-2004),结构基频方法（用户输入） ，fHz(1.2) 图32. 移动荷载分析选项 运行结构分析 建模、定义施工阶段、移动荷载数据全部输入结束后，运行结构分析。 分析/ 运行分析 查看分析结果 对于MIDAS/Civil施工阶段分析的结果，可查看到某一施工阶段为止所累积的全 部构件的应力和位移 ，也可查看某一单元随施工阶段应力

59、和位移的变化。 利用图形查看应力和构件内力 利用桥梁内力图查看施工阶段1(CS1)截面下缘的应力。 阶段CS1 结果 / 桥梁内力图 步骤列表Last Step; 荷载工况/荷载组合CS: 合计(开) 图形类型应力 ; x轴刻度距离 桥梁单元组All 组合 组合(开) ; 3(+y, -z) 容许应力线画容许应力线 (开) 抗拉 ( 320 ) 图33. 施工阶段1(CS1)中下缘应力曲线 参照联机帮助的 “桥梁内力图” 。 参照联机帮助的 “阶段 /步骤时程图 形” 。 合计是对于恒荷载 、施工荷载、徐变和收 缩、钢束等分析结果的 和。 利用桥梁内力图 查看在各施工阶段所发生的最大、最小应力

60、。 阶段 Min/Max 结果 / 桥梁内力图 荷载工况/荷载组合CSmax：合计 图形类型应力 ; X轴刻度距离 桥梁单元组All 组合 组合(开) ; 2(+y, +z) 容许应力线画容许应力线 (关) 阶段 Min/Max 结果 / 桥梁主梁内力图 荷载工况/荷载组合 CSmin：合计 图形类型 应力 ; X轴刻度距离 桥梁单元组All 组合 组合(开) ; 2(+y, +z) 容许应力线画容许应力线 (关) 想详细查看应力曲线的某一特定区域的结果时，只要点击鼠标右键选择缩小框选该 区域就可将其放大。点击鼠标右键选择恢复到初始画面 即可回到原来状态。 图34. 在整个施工阶段发生的最大、最小应力图 drag 下面查看由徐变和收缩引起的弯矩。由徐变和收缩引起的弯矩按一次应力和二 次应力分别输出。 由于徐变系数和收缩促使结构发生变形的力叫一次应力。而当结构处于超静定 状态时，结构会产生约束上述变形的约束力，这种力叫二次应力。 阶段CS3 结果 / 桥梁内力图 步骤列表Last Step 荷载工况/荷载组合CS: 徐变一次 CS： 收缩一次 图形类型 内力 ; X轴刻度距离