三跨铁路连续梁桥MIDAS建模

来源：抵帆知识网

西南交通大学桥梁工程毕业设计——MIDAS建模——三跨铁路连续梁桥

0 前言 ................................................................................................................................ 1 1 概述 ................................................................................................................................ 1

1.1 桥梁设计概况 ..................................................................................................... 1 1.2 设计荷载 ............................................................................................................. 1 1.3施工方案 .............................................................................................................. 2 2 计算分析的一般步骤 .................................................................................................... 3 3 参数定义——材料和截面 ............................................................................................ 3

3.1 材料 ..................................................................................................................... 3 3.2 截面 ..................................................................................................................... 4 3.3 变截面设置 ......................................................................................................... 9 3.4 时间依存材料特性（砼收缩徐变参数） ....................................................... 10 4 节点单元建立 .............................................................................................................. 11

4.1 建立基点 ........................................................................................................... 11 4.2 扩展生成单元 ................................................................................................... 12 4.3 修改节点坐标 ................................................................................................... 13 4.4 修改截面 ........................................................................................................... 13 4.5 设置变截面组 ................................................................................................... 14 5 修改单元依存材料特性 .............................................................................................. 15 6 修改截面有效宽度 ...................................................................................................... 15 7 结构组、边界组、荷载组的定义及输入 .................................................................. 17

7.1 结构组 ............................................................................................................... 17 7.2 边界组 ............................................................................................................... 20 7.3 荷载组定义 ....................................................................................................... 22 8 施工阶段定义及建立 .................................................................................................. 22 9 荷载工况定义及荷载输入 .......................................................................................... 27

9.1 荷载工况定义 ................................................................................................... 27 9.2 荷载输入 ........................................................................................................... 27 9.3 预应力荷载及预应力钢束输入 ....................................................................... 31 9.4 系统温度荷载 ................................................................................................... 39 9.5 温度梯度荷载 ................................................................................................... 39 10 移动荷载 .................................................................................................................... 40 11 支座沉降 .................................................................................................................... 44 12 荷载组合及SPC截面设计 .......................................................................................... 44 13 PSC截面设计 ............................................................................................................... 46 14 计算结果查看 ............................................................................................................ 47

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0 前言

为了让学生更好的理解和应用MIDAS作本年度的桥梁工程毕业设计，特制作了《MIDAS初步应用》、《（60+100+60）m三跨高铁路连续梁桥MIDAS实例建模》以及《桥梁博士初步应用》、《（60+100+60）m三跨高铁路连续梁桥桥梁博士实例建模》本文件配合相应的视频文件使用。本套文件仅供桥梁工程毕业设计学生学习参考，模型中也并未完全按设计要求进行考虑。文件中错误再所难免，敬请批评指正。

1 概述

1.1 桥梁设计概况

本桥为（60+100+60）m三跨预应力混凝土连续梁铁路桥（见图1-1）。主梁为单箱单室结构，梁宽12.2m，桥梁采用挂篮悬臂灌注法施工。通过本例题重点介绍Midas/Civil软件的连续梁悬臂施工阶段仿真模拟。

设计技术标准：

 铁路等级：I级，客运专线  桥上线路：双线，线间距4.8m  设计行车速度：250km/h  设计荷载：ZK荷载

 轨道结构：CRTS—I型板式无碴轨道

60m100m60m 图1-1 全桥立面布置图

1.2 设计荷载

（一）恒载

 结构自重：钢筋混凝土结构按26.5kN/m3。

 二期恒载：桥面二期恒载按110kN/m,包括钢轨、扣件、枕木、道碴等线路设备重，

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以及防水层、人行道栏杆、人行道遮板、挡碴墙、电缆槽盖板及竖墙等附属设施重量。  预应力及其次内力。

 混凝土收缩和徐变的影响：环境条件按野外一般条件计算，相对湿度取70％。（二）活载

 列车竖向静活载：ZK活载，双线按100％计。

 竖向动力系数：按《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009），ZK标准活载

作用下，活载动力系数按下式计算：

1.44 1+µ＝1+−0.18L0.2−ϕ 式中Lϕ加载长度（m），按n跨连续梁时取平均跨度乘以下列系数: n=2 1.2 n=3 1.3 n=4 1.4 n=5 1.5

当计算Lϕ小于最大跨度时，取最大跨度。（三）附加力

（1）风力：按《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005）计算（本次设计不考虑风荷载）；（2）温度：按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）办理，体系温差为+20℃和-20℃，顶板日照温差10℃按指数函数分布考虑，顶板升温按

Ty=T01e-ay计算，其中T01取10℃(沿梁高单线加载)，a=5。指数加载，依据公式

（3）制动力或牵引力：按列车竖向静活载的10%计，双线采用一线制动力或牵引力。（四）施工荷载

挂篮重量（含模板）按750kN计。

1.3施工方案

最长节段长为4m，节段重量大。由于本桥为长联多跨结构，本桥先将2个边跨合龙，然后合龙中跨，合龙段利用挂篮吊架施工。

主梁施工流程为：墩梁固结→悬臂施工→形成T构→双边跨满堂支架现浇→双边跨合龙→中合龙→形成连续梁结构的过程。

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2 计算分析的一般步骤

图2-1 MIDAS分析一般步骤

3 参数定义——材料和截面

3.1 材料

主梁砼采用C55，预应力钢绞线采用1860级。

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 特性值 > 材料

图3-1 砼材料

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选择TB05(RC)—《TB10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》

图3-2 预应力材料

3.2 截面

梁截面主要有“中支点截面”和“跨中标准梁截面”，这两种截面基本也可以模拟全桥。“梁端截面”设有横隔板底板、顶板、腹板加厚，“中支点截面”实际也设有横隔板底板、顶板、腹板加厚。因此本桥截面变化节点号分别为1#（梁端）、17#、18#（中支点）、36#（跨中）。见图3-3。

但就本次毕业设计而言，为简单起见，可以只考虑两种截面“中支点截面”和“跨中标准梁截面”。

图3-3 截面变化分段

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从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 特性值 > 截面>设计截面

图3-4 跨中标准截面输入（单位：cm）

注：1、截面输入时应设置相应的单位。 2、注意修改偏心。

图3-5跨中标准截面尺寸（单位：cm）

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图3-6梁端截面输入（单位：cm）

图3-7梁端截面尺寸（单位：cm）

注：第一个截面输入后，再添加下一个截面时，可以在上一截面尺寸的基础上进行修改有些尺寸可以不需要再次输入。

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图3-8 17#截面输入（单位：cm）

图3-9 17#截面尺寸（单位：cm）

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图3-10 18#截面输入（单位：cm）

图3-11 18#截面尺寸（单位：cm）

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3.3 变截面设置

本桥截面变化处主要有2#-3#，6#-17#，17#-18#，18#-17#（对应中跨22#-23#），17#-6#（对应中跨23#-34#），3#-2#（对应边跨69#-70#）。

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 特性值 > 截面>变截面

在尺寸—I导入“梁端截面”，在J导入“跨中截面”； Y轴(即横向)变化为一次方程； Z轴（即梁高方向）按二次方程。

图3-12 2-3#变截面设置

相应其他几个变截面设置如下：

6#-17#，I端为“跨中截面”，J端为“17#截面” 17#-18#，I端为“17#截面”，J端为“18#截面”

18#-17#（对应中跨22#-23#），I端为“18#截面”，J端为“17#截面” 17#-6#（对应中跨23#-34#），I端为“17#截面”，J端为“跨中截面” 3#-2#（对应边跨69#-70#），I端为“跨中截面”，J端为“梁端截面”

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3.4 时间依存材料特性（砼收缩徐变参数）

这里采用《公路桥梁规范》的参数设置，如图3-13。而中国规范未对强度随时间的变化进行规定，因此可不输入“时间依存材料（抗压强度）”。

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 特性值 >时间依存材料(徐变/收缩)

收缩徐变特性与构件理论厚直接相关，此处随意输入值，待单元建立后再统一进行自动计算修改。见“5 修改单元依存材料特性”。

图3-13 收缩徐变参数设置（单位：mm，N）

图3-14 时间依存材料连接

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4 节点单元建立

可以按实际的节点坐标和单元长度逐一每个节点和单元，建立全桥模型。也可以先生成模型的所有节点和单元，然后修改节点坐标，从而建立全桥模型。本桥节点和单元的划分如图4-1所示。全桥共71个节点，70个单元。

图4-1 节点、单元划分（仅示半桥，单位：cm）

4.1 建立基点

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 节点 > 建立

图4-1 建立1#点

注：节点坐标可以任意，后面再进行修改。

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4.2 扩展生成单元

先利用生成的1#节点扩展生成70个单元，这里截面可以任意，以后可改，复制次数为70次。

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 单元 > 扩展

图4-2 扩展单元

此时生成的单元是等间距，截面均是一样的。利用三维查看，见图4-3。

图4-3 生成的单元

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4.3 修改节点坐标

按照图4-1节点划分方式，先利用EXCEL生成各节点的坐标值；选择所有节点，并打开“节点表格”，将EXCEL表中的坐标值复制到节点表格中。见图4-4、4-5。

从主菜单中选择模型 > 节点 > 节点表格...。

或，从树形菜单的表格表单中选择表格 > 结构表格 > 节点

图4-4 修改节点坐标前图4-5 修改节点坐标后

4.4 修改截面

采用拖放功能修改相应单元截面。

选中单元6-16#，展开树形菜单>工作>截面，鼠标左键按住“6-17”变截面拖放到模型窗口，则就将6-16#单元修改为变截面“6-17”。修改后截面见图4-6所示。

图4-6 修改6-16#单元截面后模型示意

按上述方法修改： 2#单元截面为“2-3”；

17#、49#单元截面为“17-18”； 18-21#、50-53#单元截面为“18#截面”； 38-48#单元截面为“6-17” 38-48#单元截面为“6-17”

23-33#、55-65#单元截面为“17-6”；

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69#单元截面为“3-2”。

修改完成后截面全桥模型如图4-7所示，此时为锯齿状。

图4-7 修改单元截面后模型示意

4.5 设置变截面组

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 特性值 > 变截面组

注：变截面组的对称平面选择“I” 注：变截面组的对称平面选择“J”

图4-8 变截面组设置输入

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图4-9 结构单元模型示意

5 修改单元依存材料特性

在3.4中输入混凝土收缩徐变特性时，输入构件理论厚度均为100mm，全桥单元模型建立完成后，必须重新按每个截面实际尺寸计算理论厚度。

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 特性值 > 修改单元依存材料特性

图5-1 理论厚度修改图5-2 修改后各单元理论厚度表

6 修改截面有效宽度

由于箱形截面或T形截面有剪力滞效应，因此在计算应力时必须考虑截面有效宽度。有效宽度可以直接输入，也可以利用程序中“PSC桥梁信息”按公路桥规进行计算。

公路和铁路桥梁对有效宽度的计算有区别，请参照《公路桥规(JTG D62-2004)》和《高速铁路设计规范（试行）TB_10621-2009》。在此处，为简便起见按公路桥规计算。本次毕业设计对此不做硬性要求。

第一步：从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 结构建模助手 > PSC桥梁 > 跨度信息

第二步：从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 结构建模助手 > PSC桥梁 > 有效宽度

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图6-1 跨度信息输入图6-2 有效宽度计算

有效宽度计算后可以查看各单元有效宽度值，见图6-3。

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图6-3 单元有效宽度

7 结构组、边界组、荷载组的定义及输入

为了进行施工阶段分析，将在各施工阶段(construction stage)所要激活或者钝化的单元、边界条件、荷载定义为组，并利用组来定义施工阶段。凡是需要在施工阶段施加或钝化的荷载、边界条件、单元都必须定义为组；而在成桥运营阶段施加的荷载则不需要定义组，按“荷载工况”定义由程序自动计算。

7.1 结构组

在树形菜单的菜单表单中选择模型 > 组 > 定义结构组

将在同一施工阶段添加的单元集合成一个组，如0#块的“17to22 49to”，两个T构的1号块“16 23 48 55”等，也可以把一个T构的1号块两个单元集成为一个组。

图7-1 结构组定义

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可以在树形菜单的组表单中，点击右键，在弹出的关联菜单选择相应的命令操作。首先使用选择功能选择相应的节点和单元，然后用鼠标选择相应的结构组，将其拖放到模型窗口内，则选择的节点和单元将被分配到相应的结构组中。

例: 0# [节点数=14 ；单元书纸=12]表示0#组中有14个节点和12个单元，先选择“17to23 49to55”节点和“17to22 49to”单元，然后拖放到模型窗口内即可。

拖放

图7-2 结构组单元分配

或者采用MCT命令直接输入，先分配好“0#”组和“悬臂1”组的单元，然后导出MCT文件，在文件中查找“悬臂1”即可找到相应的数据输入格式。

*GROUP ; Group

; NAME, NODE_LIST, ELEM_LIST

0# , 17to23 49to55, 17to22 49to 悬臂1 , 16 24 48 56, 16 23 48 55 前两行是“MCT命令”，这是必须输入的。

“悬臂1”是结构组名称，“16 24 48 56”为节点号，“16 23 48 55”为单元号。打开“MCT命令窗口”，按照上述格式修改相应组的节点号和单元号，输入完后点击

，在信息窗口上将显示有无出错信息。具体操作见图7-2～7-5。

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从主菜单中选择文件 > 导出 > MIDAS/CIVIL MCT 文件...。

图7-3 导出MCT文件

图7-4 查找数据

从主菜单中选择工具 > MCT命令窗口...

图7-5 MCT窗口输入各结构组

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各结构组单元及节点如下：

*GROUP ; Group

; NAME, NODE_LIST, ELEM_LIST 0# , 17to23 49to55, 17to22 49to 悬臂1 , 16 24 48 56, 16 23 48 55 悬臂2 , 15 25 47 57, 15 24 47 56 悬臂3 , 14 26 46 58, 14 25 46 57 悬臂4 , 13 27 45 59, 13 26 45 58 悬臂5 , 12to60by16, 12 27 44 59 悬臂6 , 11 29 43 61, 11 28 43 60 悬臂7 , 10 30 42 62, 10 29 42 61 悬臂8 , 9 31 41 63, 9 30 41 62 悬臂9 , 8 32 40 , 8 31 40 63 悬臂10 , 7 33 39 65, 7 32 39 悬臂11 , 6 34 38 66, 6 33 38 65 悬臂12 , 5 35 37 67, 5 34 37 66 边跨合拢 , , 4 67 中跨合拢 , 36, 35 36

边跨现浇 , 1to4 68to71, 1to3 68to70

7.2 边界组

边界组见图7-6所示。“永久固定支座”为连续梁的固定支座，这里为20#节点；“主墩永久铰支座”、“边墩永久铰支座”为分别为另一主墩和边墩的活动支座；主、边墩临时支座。有效宽度系数按边界条件输入，也是按相应单元的施工阶段来定义（本次毕业设计可不考虑，后续不再输入）。

从树形菜单的菜单表单中选择模型 > 边界条件 >

图7-6 边界条件组定义

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图7-7 永久固定支座（20#节点） 7-7 主墩临时支座（19、53#节点）

7-8 永久铰支座（2、52、70#节点）

图7-8主墩临时支座（23、51#节点）21

图

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图7-7 边跨现浇支架（2、70#节点）图7-8边跨现浇支架（1、3、4、68、69、71#节点）

7.3 荷载组定义

定义各施工施加的荷载组。

在树形菜单的菜单表单中选择模型 > 组 > 定义荷载组名称 ( 自重 ) 名称 ( 二期恒载 ) 名称 (挂篮12-中L ) ; 名称 (挂篮12-中R ) ; 名称 (边跨合拢挂篮) ; 名称 (跨中合拢挂篮) ; 名称 (边跨合拢预应力荷载 ) ; 名称 (中跨合拢预应力荷载 ) ; 名称 (剩余钢束) ;

名称 (挂篮 ) ; 序列 ( 1to11 )

名称 ( 预应力荷载 ) ; 序列 ( 0to12 )

注意：在成桥阶段施加的荷载则不需要定义为荷载组，例如温度荷载、离心力、制动力等。

8 施工阶段定义及建立

从树形菜单的菜单表单中选择施工阶段分析数据>定义施工阶段…

荷载 / 施工阶段分析数据 / 定义施工阶段

添加

名称 ( 0#块现浇 ) ; 持续时间 (5 ) 单元表单

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结构组列表 > 0# ; 激活 > 材龄 (3 )

边界表单

边界组列表 > 主墩临时支座激活 > 支撑位置 > 变形后 (开) 荷载表单

荷载组列表 > 自重，主墩横隔板自重激活 > 激活时期 > 开始

图8-1 施工阶段输入

重复上述过程，按顺序建立施工阶段。注意后续施工过程中上一块的悬臂挂篮荷载必须钝化。具体每一梁段施工步骤分为三个施工阶段：挂篮前移就位（5天，包括了梁段立模和邦扎钢筋的时间；砼浇筑3天（龄期按3天考虑）；预应力张拉1天。每一梁段施工周期按9天考虑。

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象定义施工阶段这样需要反复输入的作业，也可以使用MCT命令窗口功能很方便完成。下面介绍一下在MCT命令窗口中输入施工阶段信息的方法。

工具>MCT命令窗口

命令或数据 (*STAGE)

*STAGE ; Define Construction Stage ; NAME=NAME, DURATION, bSAVESTAGE, bSAVESTEP ; line 1 ; STEP=DAY1, DAY2, ... ; line 2 ; AELEM=GROUP1, AGE1, GROUP2, AGE2, ... ; line 3 ; DELEM=GROUP1, REDIST1, GROUP2, REDIST2, ... ; line 4 ; ABNDR=BGROUP1, POS1, BGROUP2, POS2, ... ; line 5 ; DBNDR=BGROUP1, BGROUP2, ... ; line 6 ; ALOAD=LGROUP1, DAY1, LGROUP2, DAY2, ... ; line 7 ; DLOAD=LGROUP1, DAY1, LGROUP2, DAY2, ... ; line 8 NAME=CS1-0#块现浇, 5, YES, NO AELEM=0#, 3

ABNDR=主墩临时支座, DEFORMED ALOAD=自重, FIRST, 主墩横隔板自重, FIRST NAME=CS2-0#块预应力, 3, YES, NO ALOAD=预应力荷载0, FIRST NAME=CS3-1#挂篮, 20, YES, NO ALOAD=挂蓝1, FIRST NAME=CS4-1#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂1, 3

NAME=CS5-1#块预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载1, FIRST NAME=CS5-2#块挂蓝, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝2, FIRST DLOAD=挂蓝1, FIRST NAME=CS6-2#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂2, 3

NAME=CS6-2#块预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载2, FIRST NAME=CS7-3#块挂蓝, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝3, FIRST DLOAD=挂蓝2, FIRST NAME=CS8-3#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂3, 0

NAME=CS9-3#块预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载3, FIRST NAME=CS10-4#块挂蓝, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝4, FIRST DLOAD=挂蓝3, FIRST

NAME=CS11-4#块砼, 3, YES, NO

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AELEM=悬臂4, 3

NAME=CS12-4#块预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载4, FIRST NAME=CS13-5#块挂蓝, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝5, FIRST DLOAD=挂蓝4, FIRST

NAME=CS14-5#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂5, 3

NAME=CS15-5#预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载5, FIRST NAME=CS16-6#挂篮, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝6, FIRST DLOAD=挂蓝5, FIRST

NAME=CS17-6#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂6, 3

NAME=CS18-6#预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载6, FIRST NAME=CS19-7#挂篮, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝7, FIRST DLOAD=挂蓝6, FIRST

NAME=CS20-7#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂7, 3

NAME=CS21-7#预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载7, FIRST NAME=CS22-8#挂篮, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝8, FIRST DLOAD=挂蓝7, FIRST

NAME=CS23-8#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂8, 3

NAME=CS24-8#预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载8, FIRST NAME=CS25-9#挂篮, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝9, FIRST DLOAD=挂蓝8, FIRST

NAME=CS26-9#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂9, 3

NAME=CS27-9#预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载9, FIRST NAME=CS28-10#挂篮, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝10, FIRST DLOAD=挂蓝9, FIRST

NAME=CS29-10#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂10, 3

NAME=CS30-10#预应力, 1, YES, NO

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ALOAD=预应力荷载10, FIRST NAME=CS31-11#挂篮, 5, YES, NO ALOAD=挂蓝11, FIRST DLOAD=挂蓝10, FIRST

NAME=CS32-11#块砼, 3, YES, NO AELEM=悬臂11, 3

NAME=CS33-11#预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载11, FIRST NAME=CS34-12#挂篮, 5, YES, NO

ALOAD=挂蓝12-边, FIRST, 挂蓝12-中L, FIRST, 挂蓝12-中R, FIRST DLOAD=挂蓝11, FIRST

NAME=CS35-12#块、边跨, 5, YES, NO AELEM=悬臂12, 3, 边跨现浇, 0 ABNDR=边墩临时支座, DEFORMED NAME=CS36-12#预应力, 1, YES, NO ALOAD=预应力荷载12, FIRST NAME=CS37-边跨合龙挂蓝, 5, YES, NO ALOAD=边跨合拢挂蓝, FIRST DLOAD=挂蓝12-边, FIRST NAME=CS38-边跨合龙, 5, YES, NO AELEM=边跨合拢, 3

NAME=CS39-边跨合龙钢束, 3, YES, NO ABNDR=边墩铰支座, DEFORMED DBNDR=边墩临时支座

ALOAD=边跨合拢预应力荷载, FIRST NAME=CS40-跨中合龙挂蓝, 5, YES, NO ALOAD=跨中合拢挂蓝, FIRST

DLOAD=挂蓝12-中L, FIRST, 挂蓝12-中R, FIRST NAME=CS41-跨中合龙, 5, YES, NO AELEM=中跨合拢, 3

NAME=CS42-跨中合龙钢束, 5, YES, NO

ABNDR=主墩永久固定支座, DEFORMED, 主墩永久铰支座, DEFORMED DBNDR=主墩临时支座

ALOAD=跨中合拢预应力荷载, FIRST NAME=CS43-剩余钢束, 5, YES, NO ALOAD=剩余钢束, FIRST

NAME=CS44-拆全桥挂篮, 10, YES, NO

DLOAD=跨中合拢挂蓝, FIRST, 边跨合拢挂蓝, FIRST, 挂蓝12-中R, FIRST NAME=CS45-工后收缩徐变60天, 60, YES, NO NAME=C46-二期恒载, 30, YES, NO ALOAD=二期, FIRST

NAME=C47-收徐3600, 3600, YES, NO

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9 荷载工况定义及荷载输入

9.1 荷载工况定义

荷载工况：对应于不同的荷载类型（针对荷载组合而言的荷载类型），如施工阶段荷载、恒荷载、活荷载、施工荷载、温度荷载等，该类型将用于自动生成荷载组合上，程序根据荷载工况所定义的荷载类型，自动赋予荷载分项系数以进行荷载组合。按此定义一个荷载工况只能被定义为一种荷载类型，如某荷载工况被定义为恒荷载后，不能再被定义为活荷载或施工阶段荷等；但是不同的荷载工况可以属于同一种荷载类型。所有施加的实际荷载都必须只能属于某一种荷载工况。一个荷载工况中可以有多个实际荷载，如同一荷载工况中可以有节点荷载、均布荷载等。

特点注意：

“施工阶段荷载”类型仅用于施工阶段荷载分析，在POSTCS阶段不能进行分析。如果将在施工阶段作用的荷载定义为其他荷载类型，则该荷载既在施工阶段作用，也在成桥状态作用。因此为了避免相同的荷载重复作用，对于在施工阶段作用的荷载，其荷载类型最好定义为施工阶段荷载。在施工阶段作用的效应累加在CS合计中；在成桥状态作用的荷载效应以“ST+荷载工况名称”的形式体现。

施工阶段荷载有结构自重、钢束的预应力荷载、挂篮自重、横隔板自重、二期恒载等5种。运营阶段的荷载，这里主要分析主梁结构只考虑了温度荷，其他荷载未考虑。

图9-1 荷载工况定义

9.2 荷载输入

输入各施工阶段的荷载。施工阶段荷载包括结构自重、钢束的预应力荷载、挂篮自重、横隔板自重、二期恒载。可按下列顺序输入施工荷载。

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1. 结构自重 2. 挂篮荷载 3. 横隔板自重 4. 二期恒载 5. 预应力荷载

首先输入结构自重。定义结构物自重以后，将其施加在施工阶段CS1，而且必须在第一个施工施加，且只需要施工加一次，其它施工阶段的结构自重将由程序自动加载。

在树形菜单的菜单表单中选择静力荷载 > 自重

（注：公路桥容重按1.04即26kN/m3，铁路桥容重按1.06，即26.5kN/m3）

图9-2 自重荷载输入

因为在施工阶段模式中，只有该施工阶段的结构群、荷载群、边界群被激活，所以可以很方便地输入荷载。首先选择相应的施工阶段，再输入各施工阶段的挂篮荷载。如图9-3。挂篮荷载可以直接输入节点力，不必考虑挂篮作用点距离梁段前端的距离产生的弯矩，按此考虑对计算结果影响很小。

按此方式输入挂篮荷载、横隔板自重荷载。横隔板自重可以根据程序中0#块或边跨现浇段的重量（通过“工具”查看“材料统计”或查看计算结果中的支反力）与设计图中的重量之差来计算。

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图9-3 1#挂篮荷载输入

也可以通过MCT窗口进行输入：

*USE-STLD, 挂篮

*CONLOAD ; Nodal Loads

; NODE_LIST, FX, FY, FZ, MX, MY, MZ, GROUP 6, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝12-边 7, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝11 8, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝10 9, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝9 10, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝8 11, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝7 12, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝6 13, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝5 14, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝4 15, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝3 16, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝2 17, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝1 23, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝1

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24, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝2 25, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝3 26, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝4 27, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝5 28, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝6 29, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝7 30, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝8 31, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝9 32, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝10 33, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝11 34, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝12-中L 38, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝12-中R 39, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝11 40, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝10 41, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝9 42, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝8 43, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝7 44, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝6 45, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝5 46, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝4 47, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝3 48, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝2 49, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝1 55, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝1 56, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝2 57, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝3 58, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝4 59, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝5 60, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝6 61, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝7 62, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝8 63, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝9 , 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝10 65, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝11 66, 0, 0, -750, 0, 0, 0, 挂蓝12-边

*BEAMLOAD ; Element Beam Loads

; ELEM_LIST, CMD, TYPE, DIR, bPROJ, [ECCEN], [VALUE], GROUP

; ELEM_LIST, CMD, TYPE, DIR, VX, VY, VZ, bPROJ, [ECCEN], [VALUE], GROUP ; [VALUE] : D1, P1, D2, P2, D3, P3, D4, P4 ; [ECCEN] : bECCEN, ECCDIR, I-END, J-END, bJ-END

5, BEAM , CONLOAD, GZ, NO , NO, aDir[1], , , , 0.5, -750, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 边跨合拢挂蓝 34, BEAM , CONLOAD, GZ, NO , NO, aDir[1], , , , 0.5, -750, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 跨中合拢挂蓝 38, BEAM , CONLOAD, GZ, NO , NO, aDir[1], , , , 0.5, -750, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 跨中合拢挂蓝 66, BEAM , CONLOAD, GZ, NO , NO, aDir[1], , , , 0.5, -750, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 边跨合拢挂蓝

注：合龙时挂篮只能前进2.0m左右，挂篮作用于梁单元的中部，因此另行按梁单元荷载考虑。二期恒载为均布荷载，直接施加全梁的均布梁单元荷载，其值为-110kN/m。

在树形菜单的菜单表单中选择静力荷载 > 梁单元荷载>均布荷载

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9.3 预应力荷载及预应力钢束输入

输入预应力荷载。用户输入钢束的开始点、反弯点和结束点后，程序将自动计算出最佳的曲线生成钢束布置形状文件。钢束的输入是以假设的x轴为基准，将已定义的三维曲线设置在任意的坐标上。在输入钢束坐标之前先定义钢束的特性值。本桥顶、腹板束采用15-15.2mm钢绞线，底板束采用12-15.2mm钢绞线。

9.3.1 钢束特性值

在树形菜单的菜单表单中选择静力荷载 > 预应力荷载 > 预应力钢束特性值...

图9-3 钢束特性值输入

9.3.2 顶板、腹板钢束输入

顶板束有两种：一是直线束；二是下弯束（腹板束全部是下弯束）。直线束只需要确定起点和终点，即插入点坐标即可。例如顶板N10，如图9-4、9-5所示。

图9-4 顶板直束示意图

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注：本桥为梁单元模型，钢束无平面弯曲，因此可以不考虑钢束的平面布置位置，直接输入束数即可。也可以输入偏心y来模拟钢束的横向布置。

图9-5 顶板直束输入示意

对于下弯束大样如图9-6所示。按导线输入只需要确定A、D两点及R就可以唯一确定钢束的形状，即一根钢束只需要输入四个导线点，A、D坐标值一般在设计图中给出，故其输入坐标可以用EXCEL表格生成(表9-1)。例如：N2束输入见图9-7。

图9-6 下弯束大样

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注：表9-1中的坐标可以直接复制到此处。

图9-7 N2钢束输入示意

表9-1 N1钢束坐标计算实例（单元局部坐标系）

钢束参数

R AX AY

钢束投影长度

x 0 3.5 8.5 12

钢束坐标 y 0 0 0 0

z -4.5 -2.05 -2.05 -4.5

R 0 6 6 0

N1 6 0 4.5 3.5 2.05

也可以采用MCT命令窗口输入：

*TDN-PROFILE ; Tendon Profile

; NAME=NAME, TDN-PROPERTY, ELEM_LIST, BEGIN, END, CURVE, INPUT ; line 1 ; GROUP, LENGOPT, BLEN, ELEN, bTP, rNUM ; line 2 ; SHAPE, IP_X, IP_Y, IP_Z, AXIS, VX, VY ; line 3(Straight) ; SHAPE, IP_X, IP_Y, IP_Z, RC_X, RC_Y, OFFSET, DIR ; line 3(Curve) ; SHAPE, INS_PT, REF_ELEM, AXIS ; line 3(Element) ; XAR_ANGLE, bPROJECTION, GR_AXIX, GR_ANGLE ; line 4(Straight/Curve) ; XAR_ANGLE, bPROJECTION, OFFSET_Y, OFFSET_Z ; line 4(Element) ; X1, Y1, Z1, bFIX1, RY1, RZ1, RADIUS1 ; from line 5(3D) ; ...

; Xn, Yn, Zn, bFIX1, RY1, RZ1, RADIUSn

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; Y=X1, Y1, bFIX1, RZ1, RADIUS1, OPT1, ANGLE1, HGT1, R1 ; from line 5(2D) ; Y=...

; Z=X1, Z1, bFIX1, RZ1, RADIUS1, OPT1, ANGLE1, HGT1, R1 ; Z=...

NAME=N1, 腹板束, 17to22, 0, 0, ROUND, 3D , USER, 0, 0, NO,

ELEMENT, END-I, 17, I-J 0, YES, 3.16, 0

0, 0, -4.5, NO, 0, 0, 0 3.5, 0, -2.05, NO, 0, 0, 6 6, 0, -2.05, NO, 0, 0, 0 8.5, 0, -2.05, NO, 0, 0, 6 12, 0, -4.5, NO, 0, 0, 0

注：先必须选中复制的钢束形状。该方法可以进行批量复制，尤其对于下弯曲线相同的顶板束。复制后再对钢束束数、钢束名称进行修改。

图9-8 同类型钢束复制输入

上述钢束布置形状的坐标轴是按“单元坐标轴”方向输入的，也可以按“直线”输入方式。输入方法见图9-9，钢束坐标以总体坐标系为准，计算方法见表9-2。

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图9-9 N2钢束输入示意（直线坐标轴方式）表9-2 N1钢束坐标计算实例（总体坐标系）

R N1 6

AX 0

钢束参数 AY

4.5 3.5 2.05

钢束投影长度

中心坐标 45

x 39 42.5 47.5 51

钢束坐标 y 0 0 0 0

z -4.5 -2.05 -2.05 -4.5

R 0 6 6 0

9.3.3 底板钢束输入

底板钢束是沿底板的一条曲线，距离底板的高度一定，只有在两端起弯锚固（如图9-10~9-12）。因此底板束的各点坐标需要利用梁高来进行计算，由各节点处梁高减距底板的高度，而两端起弯曲线与腹板起弯曲线计算方法一样。例如，N27的计算及输入见表9-3及图9-13.

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图9-10 N27底板钢束示意

图9-11 底板端头束锚固示意图9-12 底板束齿块锚固示意

表9-3 底板束N27坐标计算

N27基本参数

R1 AY

底板束

D1X D1Y

截面号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

X -15.75 -15 -10 -6 -4 0 4 8 12 16 19.5

梁高 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.827 4.909 5.045 5.235 5.447

x -15.75 -11.75 0 4 8 12 16 17

y 0 0 0 0 0 0 0 0

z -4 -4.475 -4.475 -4.502 -4.584 -4.72 -4.91 -4.971

R 0 6 0 0 0 0 0 4

梁端

600 400 350 447.5

R2 AY D2X D2Y

齿块

400 458.7 200 497.1

西南交通大学桥梁工程毕业设计——MIDAS建模——三跨铁路连续梁桥 12 13 14 15 16 17

23 26.5 30 33 36 39

5.7 5.994 6.331 6.652 7.004 7.387

-4.587

图9-13 底板束N27输入

9.3.4 预应力荷载输入

定义完钢束的布置后，在各施工阶段给钢束施加预应力。例如0#块预应力荷载输入见图9-14。

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图9-14 0#块预应力荷载输入

也可以采用MCT命令窗口输入：

*USE-STLD, 预应力荷载

*TDN-PRESTRESS ; Tendon Prestress Loads

; TDN-NAME, FORCE/STRESS, JACKING, BEGIN, END, iGROUTING, GROUP N10-1, STRESS, BEGIN, 1.302e+006, 1.302e+006, 0, 预应力荷载0 N11-1, STRESS, BEGIN, 1.302e+006, 1.302e+006, 0, 预应力荷载1 N12-1, STRESS, BEGIN, 1.302e+006, 1.302e+006, 0, 预应力荷载2 N13-1, STRESS, BEGIN, 1.209e+006, 1.209e+006, 0, 预应力荷载3

注：这里钢束输入时考虑了横向布置，本次毕业设计可以不考虑钢束的横向位置。

也可以在“基本阶段”先将所有钢束预应力任一输入一个值，然后打开预应力荷载表格直接将EXCEL文件中生成的表格粘贴。

图9-15 钢束预应力荷载表格

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9.4 系统温度荷载

在树形菜单的菜单表单中选择静力荷载 > 温度荷载 > 系统温度

图9-15 系统温度输入

9.5 温度梯度荷载

日照温差引起的梯度温度荷载按《铁路桥规》以指数变化，取t0=10,a=7计算。

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图9-16 梯度温度输入

10 移动荷载

本桥采用《高速铁路桥梁设计规范》，定义两个车道。本桥采用ZK活载。

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图10-1 选择中国铁路桥梁规范

图10-2 定义左、右车道

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图10-3 选择标准荷载车辆

图10-4 移动荷载工况定义

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注：影响线：公路常用影响线加载方式；而铁路、轻轨、地铁常用所有点加载方式，加载数量决定移动荷载分析的精度。结果输出内容：仅输出最大值和最小值，或输出所有内力结果；是否输出应力。计算选项：选择输出指定结构组的分析结果，默认输出所有构件的分析结果。在较大模型分析时，通过此功能可节省计算求解时间和所用空间。冲击系数计算方法：按铁路桥规冲击系数为1+0，这里所填写数据是为了凑数。

从主菜单中选择分析 > 移动荷载分析控制...

图10-5 移动荷载分析控制数据

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11 支座沉降

在树形菜单的菜单表单中选择支座沉降分析数据 > 支座沉降组

12 荷载组合及SPC截面设计

表12-1 公路桥梁荷载组合表

结构极限状态

作用效应组合名称作用效应

基本组合

承载能力

极限状态

mn偶然组合

Sd=∑SGik+∑SQjk+So

i=1j=1mn短期效应组合

Ssd=∑SGik+正常使用 i=1∑φ1jSQjk

j=1极限状态

mn长期效应组合

Sld=∑SGik+∑φ2jSQjk

i=1j=1持久状况应力计算组合

Sd=∑mnSGik+=1∑SQjk

ij=1注：具体系数查看公路桥梁规范

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表12-2 铁路桥梁荷载组合

组合形式

恒载+活载

系数均取1.0 恒载+活载+附加力

恒载+活载+特殊荷载

在MIDAS中可以采用荷载的自动组合功能，然后根据实际情况进行适当修改。

组合类别主力组合主+附主+特

从树形菜单中选择分析结果 > 荷载组合...

图12-1 铁路桥梁荷载自动组合

例如：CLCB9中“日照温差”与“系统降温”这种组合现实中几乎不会出现，因此

需要修改，或直接将其删除。另外，为了分别得到主力作用和主+附作用下的截面承载能力检算结果，也可以先只计算主力组合，第二次再计算主+附。

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在铁路桥梁中承载能力的计算自动区分了预应力效应，将其作为抗力的一部分，因此只需要按主力、主+附来组合就可；而公路桥梁中承载能力计算则不能组合“钢束一次”的效应项。

13 PSC截面设计

计算完成后可以进行截面设计。程序一共给出了12项验算结果，如下所列。根据“PSC设计参数”中“截面设计内力”和“构件类型”选定的内容的不同，给出的具体验算结果是不同的。

1) 施工阶段正截面法向应力验算 2) 受拉区钢筋的拉应力验算 3) 使用阶段正截面抗裂验算* 4) 使用阶段斜截面抗裂验算* 5) 使用阶段正截面压应力验算* 6) 使用阶段斜截面主压应力验算* 7) 使用阶段裂缝宽度验算 8) 普通钢筋量估算* 9) 预应力钢筋量估算* 10) 使用阶段正截面抗弯验算 11) 使用阶段斜截面抗剪验算 12) 使用阶段抗扭验算

1、树形菜单的菜单表单中选择设计 > PSC设计参数 > PSC设计参数

图13-1 PSC截面设计参数

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2、从树形菜单的菜单表单中选择设计 > PSC设计参数 > PSC设计材料

图13-2 PSC设计材料

3、对结构进行部分构件设计时，选择要进行设计的部分单元和验算项目。没有设定PSC设计选项时，运行设计时对全结构进行设计验算。

从树形菜单的菜单表单中选择设计 > PSC设计参数 > PSC设计截面位置 4、选择要输出结果的截面位置及验算项目。

从树形菜单的菜单表单中选择设计 > PSC设计参数 > PSC输出截面位置 5、输入裂缝宽度验算时使用的系数

从树形菜单的菜单表单中选择设计 > PSC设计参数 > 裂缝宽度系数 6、运行PSC截面的强度验算和截面设计从主菜单中选择设计 > PSC设计 > PSC设计.

14 计算结果查看

可以查看各施工阶段、各单项运营荷载工况及荷载组合工况下的内力、位移、应力及反力等。

PSC截面可以查看各截面的承载能力及其他各项检算结果。

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