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midas Civil
midas Civil是桥梁领域通用结构分析及设计系统,它具有直观的操作界面,并且采用了尖端的计算机显示技术。midas Civil集成了静力分析、动力分析、几何非线性分析、屈曲分析、移动荷载分析、PSC桥分析、悬索桥分析、水化热分析等分析设计功能。
midas FEA
midas FEA是“目前唯一全部中文化的土木专用非线性及细部分析软件”,它的几何建模和网格划分技术采用了在土木领域中已经被广泛应用的前后处理软件midas FX 的核心技术,同时融入了MIDAS强大的线性、非线性分析内核,并与荷兰TNO DIANA公司进行了技术合作,是一款专门适用于土木领域的高端非线性分析和细部分析软件。
midas Civil Designer
midas Civil Designer是针对中国规范开发的一款桥涵结构通用设计平台。它以构件验算位置设计验算及结果输出,具有强大的设计功能,使用户一站式完成结构设计。通用midas CivilDesigner的特色功能——预应力钢束调束,用户可根据验算结果快速调整钢束布置,同步实现实时验算;通过“工作树”及图表等方式简便、直观地显示验算及图形结果,并输出符合工程设计要求的计算书,是一款与我国现行规范紧密结合、符合设计人员设计思维和习惯的桥涵结构通用设计平台。
midas SmartBDS
midas SmartBDS是集建模、分析、设计和施工图绘制为一体的智能化桥梁解决方案,它提供直观友好的操作界面,并且采用了尖端的桥梁结构分析设计、计算机图形处理、施工图纸绘制等技术。midas SmartBDS集成了PSC箱梁(横梁)、RC箱梁(横梁)的分析和设计功能,并可自动绘制并输出PSC箱梁、RC箱梁、下部结构的施工图纸。
感谢张老师分享
Hello,大家新年好,我是张工,欢迎来到新一期的技术随笔。
首先更正一下上期内容中表达有误的地方:关于徐变量与外荷载的关系,上期内容中我说“当混凝土应力值小于0.5fcuk时,混凝土徐变量基本与应力值无关”,这里其实是不对的,应该是徐变系数与混凝土应力值无关。
今天要讨论的是和一个朋友聊天时提到的问题:曲线桥梁的抗倾覆性能是否优于直桥?讨论这个问题的前提是仅曲率半径不同,截面、支座、跨径等都相同。对于中墩单支点的情况,回答这个问题是比较复杂的,这里只讨论双支点的情况,我们先定性地分析一下这个问题,从下面图中可以看出,弯桥的稳定力矩(图中阴影区域自重乘以其形心到倾覆轴的距离)明显大于直桥。
为了验证上面的结论,我又用Civil建了半径为∞(直桥)、300m、100m、50m的模型进行试算。3*30m等截面连续箱梁,只考虑自重和靠曲线外侧的一个偏载车道荷载,所有模型只有曲率半径不同,其他参数均相同。
这里顺便和大家安利一下“混凝土箱梁快速建模助手”,可能大家只有梁格模型才会用建模助手,其实用这个助手建立单梁模型也十分方便,这几个不同半径的模型其实只用修改建模助手中半径这一个参数就可以了,自重、移动荷载等都可以通过建模助手直接添加。
曲线桥两侧由于腹板长度不同,在自重作用下会产生扭矩,关于自重附加扭矩的计算方法大家可以看这篇技术随笔(技术随笔:“傲娇”的弯箱梁桥+平安夜彩蛋),模型中我也考虑了自重附加扭矩。
附加扭矩计算表格
我利用建模助手建了四个模型,计算后导入CDN进行抗倾覆验算。下面我直接把各个模型的抗倾覆安全系数最小值列出来方便大家对比:
模型 | 抗倾覆安全系数 |
R=∞(直桥) | 55.28 |
R=300m | 52.55 |
R=100m | 43.70 |
R=50m | 25.74 |
看结果似乎是随着半径减小,桥梁的抗倾覆性能也会变差,这和我们上面的分析结论不一致!上面的分析看起来没什么问题,规范应该也不会出错……难道是CDN有问题?
关于抗倾覆验算原理,我们在以前的技术随笔中也有讲过,CDN是按照规范的要求进行验算的,大家可以点这里查看(桥梁结构抗倾覆验算,你可能不知道的小细节(二))。其实,规范的计算方法是存在一定问题的,下面详细说明一下:
规范4.1.8条通过稳定效应与失稳效应的比值得到抗倾覆安全系数,这是没有问题的,关键在于稳定效应与失稳效应的计算,我们看对应的条文说明:
规范将每个支座处的稳定力矩之和作为稳定效应,倾覆力矩之和作为失稳效应,但力矩是一个矢量,在直桥中直接求和是没问题的,因为所有力矩的方向都是沿桥梁轴线方向,但是在曲线桥中,因为各支座处的倾覆力矩和稳定力矩方向都是沿桥梁切线方向,各支座位置的切线方向不同,因此对各力矩求和是没有实际的力学含义的,这也导致了按规范计算出的弯桥抗倾覆性能比直桥更差。
这个时候可能有人就要问了,既然规范的计算方法有问题,那这种曲线桥的抗倾覆验算该怎么算呢?如果要准确计算出稳定效应和失稳效应,需要引入倾覆轴的概念,分别计算稳定作用和倾覆作用对倾覆轴的力矩,这样显然会使计算变得很复杂,增加很多工作量,所以我建议还是按照现行规范的方法计算,反正规范计算出的抗倾覆安全系数是偏小的,毕竟谁不想保守一点呢。。。
以上仅仅是我个人的观点,如果大家有不同的看法欢迎一起讨论。
既然聊到了抗倾覆这个话题,我也借此机会分享一下我个人关于抗倾覆设计的一些观点。近年来发生了很多桥梁倾覆事故,基本都是由于超载货车引起的,因此有人认为独柱墩或支座间距较小的结构形式并不是引起倾覆的主因,要杜绝这样的事故应该加强对超载车辆的管理,只要抗倾覆安全系数大于规范规定的2.5,还是能够采用独柱墩的结构形式。也有人说发生倾覆的桥梁倾覆后主梁还基本保持完整,说明设计施工很牛X,超载货车全责!
我个人并不完全认同上面的观点,在我看来,我们不可能为了极个别的超载车辆去提高桥梁的设计承载力,但是在设计中需要控制当荷载超过桥梁的承载能力时桥梁的破坏形态。在设计时就应该控制当外荷载超过桥梁结构设计荷载时桥梁结构可以发生受弯破坏,但不能发生倾覆,因为受弯破坏属于延性破坏,结构破坏前有较大的变形,破坏后也能够保留一定的承载能力,而桥梁倾覆往往在瞬间发生,倾覆前也没有明显的征兆,可能造成巨大的损失。
其实控制结构发生延性,而不发生脆性破坏在其他方面也有体现,比如抗震设计中要控制桥墩抗剪强度大于抗弯强度、抗弯强度验算时限制截面界限受压区高度(实际就是限制最大配筋率,防止超筋破坏)等。我个人认为这样的思想也可以用到抗倾覆设计中,也就是控制结构抗倾覆安全系数大于抗弯安全系数,从而保证发生超载时结构发生受弯破坏而不是倾覆。
好了,以上就是本期技术随笔的全部内容,马上就是春节了,在这里给大家拜个早年,祝大家新年快乐!
谢谢
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张渤雨 MIDAS技术中心讲师
毕业于同济大学,建筑与土木工程-桥梁方向,工程硕士,主要负责云、贵、川、渝、藏几个省市桥梁产品技术工作。曾参与编写《桥梁荟》,桥梁结构案例操作等技术文档,担任上机培训,网络培训等专业讲师。
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