混凝土宽箱梁桥实体仿真分析.pptx

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1、混凝土宽箱梁桥实体仿真分析混凝土宽箱梁桥实体仿真分析前言部分前言部分案例图纸案例图纸部分部分FEA建模思路建模思路夕陪B边界、内部边界验验算算I PSC设计结果-承载能力-正常使用I.弹性阶段边界荷载材料、截面、节点单元-自重、二期施工-预应力荷载一收缩徐变一温度荷载成桥-支座沉降L移动荷载前前 I 处处 理理刚度分析结果一内力_ 应力 变形 反力后处理建模流程具体流程几何体的组成思路几何体的组成思路1）夕卜轮廓夕卜轮廓2）内轮廓内轮廓4）钢束钢束3）混凝土箱室混凝土箱室前言部分前言部分操操 作作 注意事注意事 项项操作前的注意事项：操作前的注意事项：1、模型单位与导入模型单位与导入DXF文件

2、的单位不同，需要分别文件的单位不同，需要分别定义定义2、Ctrl+滑轮键，平移模型滑轮键，平移模型3、滑轮键，旋转模型滑轮键，旋转模型4、操作上需要经常调整体坐标轴操作上需要经常调整体坐标轴模型 P X条目 号 颜色轸新建任务 由H坐标系,京I剧I作牛血圈 XY(0,0,1)xz(0,1,0)|X7(0.1.0)囲 YX(0,0,1)聘 YZ(1,。，。)囈/X(0.1.()甥 ZY(1,0,0)ll.*1 Wtl 由材料|脂 Stt E几何 间层面 霊输出模型 由耳网惜控制|网格 由X接触 国昔单元参数 a/非弹性钗全部重设用户定义快捷键I.建立实体建立实体【建模流程建模流程一一.生成箱梁实

3、体生成箱梁实体1)CAD中绘制桥梁布跨信息和变截面位置，文件类型另存为中绘制桥梁布跨信息和变截面位置，文件类型另存为DXF Y合并几何组合并几何组Y V4 I-1-H一一I-1W-I-H2)导入支点截面导入支点截面线段有问题线段有问题沿纵桥向复制：沿纵桥向复制：1600,4500,15650,7000,2500,5000,17500,5000,2500,7000,15650,4500YZ(1,0,0)XZ(1,0,0)【建模流程建模流程一一.生成箱梁实体生成箱梁实体3）导入跨中截面导入跨中截面沿纵桥向复制：沿纵桥向复制：9700,8450,21700,10300,21700,84504）扩展生

4、成外轮廓实体扩展生成外轮廓实体扩展：扩展：900005）放样生成内轮廓实体放样生成内轮廓实体放样：放样：90000、镜像、复制功能、镜像、复制功能6）布尔运算布尔运算-差集差集显示模式，仅线显示模式，仅线1)将工作平面调整至将工作平面调整至YZ(1,0,0),),导入导入DXF钢束线形钢束线形Y|为了简化建模工作，将为了简化建模工作，将N3等效为等效为N4二二,生成钢束线段生成钢束线段取跨中断面，忽略平弯取跨中断面，忽略平弯耽耽建模流程建模流程生成钢束线段生成钢束线段2)设定斜腹板的工作平面，移动工作平面设定斜腹板的工作平面，移动工作平面 三点三点平移工作平面参考平面三点法向建模流程建模流程3

5、)建模流程建模流程I二二,生成钢束线段生成钢束线段需要在需要在FEA中分解成线段，再合并为曲中分解成线段，再合并为曲线线 若一次性合并有问题，可以分为几若一次性合并有问题，可以分为几段来操段来操5）生成所有钢束）生成所有钢束斜腹板束先移动斜腹板束先移动146mm,再复制再复制194mm中腹板束先移动中腹板束先移动90mm，再复制再复制180mm两排中腹板束，复制两排中腹板束，复制3755mm，复制复制2次，再镜像次，再镜像4）投影，曲线到曲面）投影，曲线到曲面DXF导入导入FEA，为线框模式为线框模式,投影 X曲线到曲面 顶点到曲銭 顶点到曲面已选择目标曲面1_II団 已选择曲线85个|投影方

6、向田 选择方向。2点矢量 0Z匚 1丄1|Q线上的点（比率）0最担距离直銭的方向几何组 5匚国句匝确认 取消 幻建模流程建模流程三三,印刻支座区域印刻支座区域1）移动工作平面，导入支座辅助平面）移动工作平面，导入支座辅助平面2）印刻支座位置，印刻）印刻支座位置，印刻 曲线曲线孑E-X口J1.1建模流程建模流程分割实体分割实体1）温度梯度的加载高度）温度梯度的加载高度析取顶板，复制析取顶板，复制-100,-300mm2）沿各跨分界线、跨中分割）沿各跨分界线、跨中分割工作平面选择工作平面选择XZ（0,1，0），），通过矩形框生成辅助平面通过矩形框生成辅助平面 15000mm，复制复制5次次只用钢梁

7、15通规条文通规条文4.3.12-3-混凝土结构当梁高H小于400mm时，A=/-100(mm)；梁高H大于或等于400mm时,A=300nim；H网格划分网格划分.K I I I I i 11 i I定义材料特性定义材料特性定义单元属性定义单元属性建立建立/修改修改3DJ1性性 X实体号 1 名称混擬土 颜色-材料 1:C50 v堕材料坐标系 整体直角坐标寻v|确认|取.消适用Civil只只有有材材料料，而而FEA既既有有材材料料也也有有属属性性 定定义义属属性性的的目目的的，是是将将材材料料特特性性指指定定给给不不 同的单元类型同的单元类型表6.2.2系数2和/值预应力 钢筋类型管道种类k

8、卩钢绞线、钢丝束预应力螺纹钢筋体内预应 力钢筋预埋金属波纹管0.00150.20-0.250.50预埋塑料波纹管0.00150.15或20预埋铁皮管0.00300.350.40预埋钢管0.00100.25抽查成型0.00150.550.60体外.预应钢管00.200.30(0.08-4).10)力钢筋高密度聚乙烯管00.12-0.15建立建立/修改修改1D属性属性 X钢束号 1 名称 12-15.2-N12 顔色本构模型线弹性 *材料Strand 1860 51医钢束总面积 旧松弛系数强度特征值(fpk)曲率摩擦系数 滑动摩擦系数1668mm2JTG3362-201J。0.3Wire,Stra

9、nd Wire1860N/mm21/mm0.171.5e-006謚国区说f己I X开始 6 mm结 6 mmI确认I取.消I I适用位置位置截截 面面枳面面枳/mm钢束钢束1-15.2139-12-15.21668N1213-15.21807N349-15.21251N51D单元属性说明单元属性说明1D桁架桁架需要与实体单元需要与实体单元共节点共节点1D植入式桁架植入式桁架无需与实体单元共节点无需与实体单元共节点但必须保证线段在实体但必须保证线段在实体内部包裹内部包裹输出 错误钢束J节点缺少地面单元710.错误生成求解器文件类败:分析数据1D钢束钢束可以考虑预应力损失的植入式桁架可以考虑预应力

10、损失的植入式桁架1D梁梁可以考虑弯剪扭的可以考虑弯剪扭的1D桁架桁架混凝土混凝土 3D网格划分网格划分 部部线功能线功能3D实体与实体与1D桁架单元同时划分，保证共节点桁架单元同时划分，保证共节点 植入植入式桁架式桁架/1D钢束无需考虑钢束无需考虑四面体单元：四面体单元：1、对复杂几何适应性好2、需要采用高阶单元，导致更大 的计算量3、结果精度相对六面体差些六面体单元：六面体单元：1、需要较多时间进行几何简化切 割，生成网格时间长2、计算规模相对小3、结果精度更高钢筋钢筋ID网格划分网格划分格划分格划分质网格（钱质网格（钱自动每自动每)X1选择目标播种方法。尺寸1D分割 ioo|方向（单元胃轴

11、）P魚：9。度|現轉性11:12-15.2-N12 5 5 雁雁网格组N1 w国副确认取消|适用I传厂N3、N4N5支座的模拟方式支座的模拟方式典型连续梁桥典型连续梁桥-支座布置原则支座布置原则保证梁体不能发生刚体位移保证梁体不能发生刚体位移允许梁体沿横桥向、纵桥向允许梁体沿横桥向、纵桥向自由变形自由变形检查边界条件的技巧：检查边界条件的技巧：/可以查看仅自重作用下的结构弯矩和位移可以查看仅自重作用下的结构弯矩和位移,来判断边界条件是否模拟正确来判断边界条件是否模拟正确边界条边界条 件设置件设置边界条边界条 件设置件设置转换网格X5000|距离次数3围夕昭 确认 取消|适用|K平移I：（均匀）

12、（非均匀）网格组|刚性连接选择对象网格组 o单元 O节点已选择1目标旅转镜像缩放扫描施加恒载施加恒载压力 X线 面 轴对称名称 I压力-1I目标 I类型|3D单元面 F国 已选择1&44Q目标方向类型|法向_参考坐标|整体直甬坐标买F冋x QY OZ等级-白均布荷载基本函数 无 倒PorP1|4.32 kN/m8注意切换单位注意切换单位P3 I 01 kN/m2P4 0 kN/m2荷载组|二期 曰画塚乡 确认 取消 适用二期二期 P=24 x 0.18=4.32kN/mA2护栏护栏 10kN/m,P=20kN/mA2.边边界荷载界荷载张拉预应力张拉预应力x预应力拉什）,压（-）后张法应力O张拉

13、力首次张拉开始7幵始1395N/mm2结束0N/mm2单端张拉单端张拉 需要打开钢束的单需要打开钢束的单元坐标轴元坐标轴 i端为开始，端为开始，j端为端为结束结束施加温度荷载施加温度荷载整体升温整体升温节点温度 里元温度 温度梯度名称 整体升温一类型节点.已选择55402目标基本函数 无 咫温度 201 E荷载组 整体升温甚31|确认|収消|适用多多梯度升温梯度升温节点温度 单元温度 温度梯度名称 I梯度升温目标 I类型I节点 U|區 已选择32807目标|分量 基本函数 F般函数 5咫温度|m梯度降温，系数填梯度降温，系数填-0.5荷载组|梯度升温 5國回 确习取消|适用|定义移动荷载定义移

14、动荷载定义移动荷载定义移动荷载1)移动工作平面移动工作平面XY(0,0,1)导入导入DXF文件，生成车道线位置文件，生成车道线位置2)建立几何建立几何-节点节点YXI qk=-10.5 kN/mPk=2x(L0+130)/2=2x(30+130)/2=160 kN10會匸俨车4:頁頁各车道分开定义各车道分开定义荷载荷载均布力1口以集中力1Civil第二跨跨中位移第二跨跨中位移L6276mm(不考虑冲击系数不考虑冲击系数)影响线影响面绷花批最讓移动荷载|MVmin:左偏载 CH-CD节点号：放大系数:变形OBI O DY (g)DZORX ORY ORZORW显示类型回等值线 IE 图例 回荷载

15、 口包含仲因子最大值：1-1.62708+00定义移动荷载定义移动荷载边边载载界界FEA第二跨跨中位移第二跨跨中位移1.6447mmDISPLACEXEHT53166e00191763e00130360e0018956 00292446e00153849e00115252e00176655色00123806e+00049946e+00076086e+00002227e+00028367e+000.边边界荷载界荷载分析工况设置分析工况设置分析工况模型全部组X分析控制输出控制添加添加/修改分修改分析工况析工况分析工况设置标题说明求解类型施工阶段组I 次成桥线性靜力排序添添加加/修改修改分析工分析工

16、况况X分析工択设置一标题一次成桥说明分析控制求解类型线性静力输出控制施工阶段组分析工況模型全部组 回 激活组E命网格諭N1 N34諭刚性连接諭混凝土働混S-i藤混S-1O働混凝土-11飾混诲土-12諭混凝土-13諭混S-14諭混凝土-15働混；S-16&混诲土T7flp混凝土-2諭混凝土-3論混擬土_4覇覇务必将网格组、边界组、荷载组选择至右侧务必将网格组、边界组、荷载组选择至右侧:混凝土-7flL混海十_R部靛组部靛组类似于类似于Civil的一次成桥的施工阶段的一次成桥的施工阶段丄 错误无单元可输出.错误生成求解器文件失败:分析数据0 01 12 23 34 45 56 67 7 组1 1X

17、 X 1 1-1 1-1 1-1 1-1 1-1 1-1 1-0 0 0 00 0 4 4-R Ro o Q Qo o Q Qv v连土土土土土土土土土土土土土土土土土土网土4 4tt舞葬舞難難疑疑疑疑届疑签疑舞葬舞難疑认材备U U招 昭构肘財財財斷電 5一的財斷割斷;勤財財財財露電 WWN N N N N N N N 、/、/、/、/、/、7 7、7 7、/、/、/、/、/、/、/、/、/、/、7 7 关网&敢&S S曲&fi 匐刁称名消2 2N N认确组活激用适4 43 3 5 5N N N NO O1 12 23 34 45 5Q Q7 71 1X X 1 1x x 1 1x x 1 1

18、x x 1 1x x 1 1X X 1 1-1 1-1 1-r rt tx xf fc c 0 00 0 4 4-R Ro o 0 00 0義-连土土土土土土土土土土土土土土土土土土性凝凝凝凝凝凝礙礙礙礙擬擬凝凝凝凝凝独電窘ff 貳贰露祐歸船S S;知知寤訪贰贰a网諭諭諭&謝諭&边 m m&-3&.&;.件载条荷对格界力触网边静接2IV.结果查看结果查看结果成分说明结果成分说明网网-0 一次成桥线性静力+D m amH位移位移+&:+&:网格作用力网格作用力+Fea:m 支反力支反力+Ten*n三三e-ni ID钢束单元内力钢束单元内力由由旬旬 Tendon Element Stresses

19、ID钢束单钢束单元应力元应力 亩 3 Solid Stresses 3D实体单元应力实体单元应力IV.结果查看结果查看结果成分说明结果成分说明-一次成桥K+Grid Forces+令令 Reactions由由 旬旬 Tendon Element Forces 由旬由旬 Tendon Element StressesH Solid Stresses位移位移(V白屬线性静力白劈 DisDlacementsI&TOTAL TRANSLATION，&TXTRANSLATION(V)，&TYTRANSLATION(V)I&TZTRANSLATION(V)I 4.&TOTAL ROTATION(V)I 君

20、君 RX ROTATION 0 君君 RY ROTATION(V)I，君君 RZ ROTATION(V)j p.&TXY TRANSLATION(V)j 昏昏 TYZ TRANSLATION(V)I 君君 TZX TRANSLATION(V)丿 平动位移平动位移转动位移转动位移平动合成位移平动合成位移白I网网旬一次成桥W线性静力由后 Displacements白.令 Grid Forces 网网 风格作风格作用力用力|令 TOTAL APPLIED FORCE I余 TX APPLIED FORCE I命 TY APPLIED FORCE I余 TZ APPLIED FORCEI 命 TOTA

21、L APPLIED MOMENT I余 RX APPLIED MOMENTI 令 RY APPLIED MOMENT:命 RZ APPLIED MOMENT亩.余 Reactions+0 Tendon Element Forces+0 Tendon Element Stresses 亩飼 Solid Stresses如果在线荷载或面荷载等荷载类型下，可以看到外荷载转化成相应的节点荷载。结果成分说明结果成分说明 她桥:日廚线性静力由固 Displacements由.令 Grid Forces 白.令 Reactions 支支反力反力|令 TOTAL REACTION FORCEI 令 TX RE

22、ACTION FORCEI 命 TV REACTION FORCEI TZ REACTION FORCEI 令 TOTAL REACTION MOMENT I 令 RX REACTION MOMENT I 令 RY REACTION MOMENT:令 RZ REACTION MOMENT由旬旬 Tendon Element Forces由 0 Tendon Element Stresses亩飼 Solid Stresses阳线上圈 E*反力总和高级願结果标记卽局部方向合力巨纱驟圈曾提取结果 舔蠻步驟等值面L其它“IV.结果查看结果查看结果成分说明结果成分说明正应力正应力剪应力剪应力主应力主应力

23、等效应力等效应力白问靜力计算线性静力由固 Displacements 由令 Grid Forces 由令 Reactions 由辱 Truss Element Forces 亩嘟i Truss Element Stress*3D单单g S-VON MISES0 MEAN EFFECTIVE PRESSURE留 SAFETY FACTOR留 S-PRINCIPALAfV)留 S-PRINCIPALC(V)留 S-PRINCIPAL B(V)師 S-MAX SHEAR混凝土：混凝土：按照第一强度理论，验算主拉应力这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力，无论什么应力状态,只要构件内一点处

24、的最大拉应力o1达到单向应力状态下的极限应力ob,材料就 要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条 件是：o1=ob、ob/s=o，所以按第一强度理论建立的强度条件为：o1o钢材：钢材：按照第四强度理论，验算Von Mises有效应力这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素，无论什么应力状 态，只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值，材料就 要发生屈服破坏。所以按第四强度理论的强度条件为：J0-!2+就+32 bW2 oIV.结果查看结果查看丰富的结果查看样式丰富的结果查看样式T T T T T T 厂厂不勾选显示封闭部位不勾选显示封闭

25、部位勾选显示封闭部位勾选显示封闭部位丰富的结果查看样式丰富的结果查看样式正截面抗裂验算正截面抗裂验算6.1.3箱型截面的混凝土桥梁宜按表6丄3进行抗裂、裂缝宽度验算。（新增）表表6.1.3箱型结构的抗裂、裂缝宽度验算要求箱型结构的抗裂、裂缝宽度验算要求部位验算要求全预应力结构和A类预应力结构B类预应力结构和钢筋混凝土结构顶板上缘的纵桥向正应力满足6.3节规定按6.4节规定进行裂缝宽度验算上缘和下缘的横桥向正应力面内的主应力底板下缘的纵桥向正应力上缘和下缘的横桥向正应力面内的主应力腹板面内的主应力正截面抗裂验算正截面抗裂验算6.3抗裂验算抗裂验算16.3.1预应力混凝土受弯构件应按下列规定进行正

26、截面和斜截面抗裂验算：1正截面混凝土拉应力应符合下列要求：1)全预应力混凝土构件预制构件 ast-0.85apc0 (6.3.1-1)分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件|bst0.80bpcW0 (6.3.1-2)6.3.2在受弯构件的抗裂验算截面边缘，混凝土的法向拉应力应按下列公式计算：Ms列=尻Mi回=尻式中：Ms一按作用I频遇组合计算的弯矩值:Mi _结构自重和直接施加于结构上的汽车荷载、人群荷载、风荷载按作用准永 么组合计算的弯矩值。(6.3.2-1)(6.3.2-2)全预应力构件的正截面抗裂验算 采用频遇组合，注意对于现浇全预应 力构件，预应力需要折减0.8。荷载组合：荷载组合：1.0

27、 x(自重+二期)+0.8x预应力+0.7x活载+0.8x温度梯度+1.0 x其他作用注意：注意：频遇组合不计冲击系数。IV.结果查看结果查看正截面抗裂验算正截面抗裂验算+1.38797e+000it4.91399e-001-4.05175e-001-1.30175e+000jpl位FEA NX求解求解X命名命名类型类型说明说明口一次成桥线性静力恒载线性静力预应力线性静力活载线性静力日整体升温线性静力L_mJ梯度升温线性静力口全部勾选等等值面值面 回弔回弔 J J 税作税作(0)一白建分析：D兄卜逸一次成桥：线性静力 恒载：线性静力通预应力：线性静力通活载：线性静力卜逸整体升温：线性静力通梯度

28、升温：线性静力结果组合X新组频遇组合A.-n 不分析组梯度升温 -数据繡性静力 、，步骤 系数线性静力 1线性静力 0.8线性靜力 0.7统性静力 1线性静力 0.8缩放系数0.8添加删除删除全部州冬米刑働线性组合。包络 最大值-确认.取.消1 适用5 5.n n-n n-n n-n n-n n-o o n n-n n-U Uo o o o o o o o o o o o o o o o O On n-n n-n n-n n-n n-o o n n-n n-U U+2 2H H9 9H H7 7H H4 4H H1 1H H9 9H H6 6H H3 3H H1 1H H3 3 0 0U U

29、4 4 n n-6 6 1 1 7 7 3 3 9 9O OU U 4 4 1 1 O Ou u 4 4 1 17 71 14 4 -U U9 9 9 9 9 9 O Ou u O Ou u -H H-7 7 7 71 1 7 71 11 1 O O 9 9 O OU U 7 71 1 S S 5 5 4 4 3 3Z Z再 3 3 再 3 3莅 4 4节 y.MM r r,一“-0 0T T%9 9 3 3 7 7 7 7%1 1 -*6 6 4 4 6 6 2 29 9.2 21 11 18 82 20 0l lo o-6 6.-2 2.-L L-0 0.-IV.结果查看结果查看斜截面抗裂

30、验算斜截面抗裂验算2斜截面混凝土主拉应力p应符合下列要求:1）全预应力混凝土构件预制构件 tp0.6Ak现场浇筑（包括预制拼装）构件|四”.例|0.4 X 2.65=1.06Mpa(6.3.1-5)(6.3.1-6)3.1.3混凝土轴心抗压强度标准值和轴心抗拉强度标准值fk应按表3.1.3采用表表3.1.3混凝土强度混凝土强度标准值标准值强度等级C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80A(MPa)16.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2(MPa)1.782.012.202.402.512.652.742.8

31、52.933.003.053.10对于斜截面抗裂，依然采用频遇组合进行 计算，预应力不需要折 减，全预应力现浇构件 以0.4倍的混凝土抗拉强 度标准值为验算标准。注意：注意：结果中的荷载组合 功能，无法查看主应力！IV.结果查看结果查看斜截面抗裂验算斜截面抗裂验算注意：注意：对于斜截面抗剪，仍采 用正截面抗剪的结果组合方式 是行不通的。对于相同单元在不同工况,主应力的方向不同，各项工况 所得结果不能进行线性叠加。白俨车17I白厂以任意荷载I厂以均布力1:厂以集中力1由俨车28由.俨车39由.俨车410由.俨车511亩.俨车612建立砲组合X荷载组合斜截面抗裂荷载系数确认 取消 I适用名称荷载组

32、合1：自重L002:二期L003:张拉钢束L004:整体升温L005：梯度升温0.807:车10708:车20709:车307010:车 407011:车 507012:车 G 0.70注意注意2:目前版本将任意荷 载加入荷载组合是无效的。需要通过手动的方式，将活载按照0.7倍进行折减。挠度验算挠度验算6.5.3受弯构件在使用阶段的挠度应考虑长期效应的影响,即按荷载频遇组合和匯心 条规定的刚度计算的挠度值,乘以挠度长期增长系数贋。挠度长期增长系数可按下列规 定取用：当采用C40以下混凝土时，卯=1.60；当采用C40-C80混凝土时，柵=1.451.35,中间强度等级可按直线内插法取值。钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件按上述计算的长期挠度值，由汽车荷载（不计冲梁式桥主梁悬臂端产生的最大挠度不应超过悬臂长度的1/300 o2预应力混凝土构件1）全预应力混凝土和A类预应力混凝土构件及=0.95魅/0(6.5.2-4)