混凝土连续箱梁设计计算课件 - 以Midas为例

混凝土连续箱梁设计计算课件欢迎参加基于软件的混凝土连续箱梁设计计算课程本课程将全Midas Civil面介绍连续箱梁的结构分析、设计与验算全过程，重点展示施工阶段分析与计算方法通过本课程，您将系统掌握连续箱梁的设计理念、建模技巧以及计算验证方法，提升使用进行工程设计的专业能力我们将结合实际工程案Midas Civil例，讲解从建模到最终设计的完整流程课程概述连续箱梁基础理论深入探讨连续箱梁的力学特性、结构形式及设计原则，为实际设计奠定理论基础通过对箱梁力学行为的分析，理解其在不同荷载条件下的反应建模与分析Midas详细讲解Midas Civil软件操作流程，包括界面功能、参数设置、模型建立及分析设置通过实际操作演示，掌握软件的高效使用方法工程实例与验证结合实际工程案例，展示从概念设计到详细计算的完整过程，并通过多种方法验证计算结果的准确性和可靠性预应力与施工分析第一部分连续箱梁基础知识结构形式与受力特点计算理论与设计规范国内外设计案例比较连续箱梁作为一种高效的桥梁结构设计遵循弹性理论和极限状态设计形式，具有整体性好、刚度大的特方法，需考虑正常使用极限状态和点其箱形截面使结构在承受弯矩承载能力极限状态国内设计主要的同时，还具有良好的抗扭性能，依据《公路钢筋混凝土及预应力混特别适用于曲线桥和斜交桥凝土桥涵设计规范》等标准连续箱梁特点与优势结构整体性优连续结构形式提供良好的整体性和抗震性能刚度大变形小箱形截面提供优异的抗弯和抗扭刚度材料利用率高结构布置合理，减少材料浪费适用性广泛适合15-50米中等跨径桥梁连续箱梁结构通过合理布置支点，可以使跨中正弯矩得到有效控制，同时支点处的负弯矩能充分发挥混凝土的抗压性能这种结构形式还能有效减少伸缩缝数量，提高行车舒适性和桥梁耐久性与简支梁相比，连续箱梁能够减少梁高和材料用量，提高结构效率和美观性这种结构形式特别适合城市立交桥、高速公路和铁路桥梁，已成为现代桥梁建设的主流方案之一箱梁结构组成基本构成横隔板与预应力筋支座与连接构造箱梁由顶板、底板和腹板构成封闭的箱横隔板设置在支座处和跨中部位，主要支座常采用盆式橡胶支座或球型支座，形截面顶板承受压应力并支撑桥面荷作用是保持箱梁的截面形状，分配集中根据约束条件合理布置固定支座和活动载，底板在跨中主要承受拉应力，腹板荷载，并提供预应力锚固区一般支座支座端横梁和翼缘板的构造需考虑应则传递剪力并连接顶底板处设置实体横隔板，跨中可用肋板式横力集中和荷载传递隔板箱梁结构可分为单箱单室、单箱多室和大跨径箱梁通常采用变截面设计，支座多箱多室等不同形式，根据跨径和宽度预应力筋通常沿箱梁底板或腹板布置，处截面高度最大，跨中截面高度减小，要求选择合适的形式形成抛物线或折线形状，以平衡各截面既满足强度要求又节约材料，同时提高弯矩桥跨越长，预应力筋线形设计越美观性关键力学性能与设计要点负弯矩区剪力分布位于支座处，截面顶部产生拉应力支座附近剪力最大•顶板需设置足够纵向钢筋•腹板厚度需保证足够正弯矩区•预应力筋可上行至顶板•布置适当的剪力钢筋扭矩效应位于跨中位置，截面底部产生拉应力曲线桥或偏心荷载时显著•需在底部布置足够预应力钢束•闭合箱形截面提供高扭转刚度•控制混凝土底部拉应力•可能需要设置斜拉钢筋箱梁的刚度计算需考虑截面的有效宽度，特别是翼缘板较宽时预应力损失计算需考虑摩擦损失、锚固损失以及混凝土徐变和收缩引起的长期损失，这直接影响到结构的最终受力状态和变形控制设计流程概述初步设计根据跨径、地形和交通要求，确定桥梁结构体系、跨径组合和结构尺寸初步设计阶段需确定箱梁的截面形式、高度和宽度，为详细设计奠定基础荷载计算包括永久荷载（自重、二期恒载）和可变荷载（车辆荷载、温度作用等）计算准确的荷载计算是合理设计的前提，需按规范要求仔细核算各项荷载值内力分析利用有限元软件进行结构分析，获取各截面的弯矩、剪力和扭矩等内力分析时需考虑不同施工阶段和使用阶段的内力组合情况预应力设计根据内力分析结果，设计预应力筋的数量、布置形式和张拉控制应力预应力设计是连续箱梁的核心，直接影响结构性能和施工可行性验算与优化对设计方案进行强度、刚度和稳定性验算，确保满足规范要求基于验算结果，优化结构尺寸、材料用量和施工方案，实现经济合理的设计规范标准规范名称主要内容适用范围《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》混凝土桥梁设计基本要求、计算方法与构造规定公路桥梁工程JTG3362-2018《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011城市桥梁特有的荷载、强度与耐久性要求城市道路桥梁《预应力混凝土桥梁设计与施工指南》预应力设计详细方法与施工技术指导预应力混凝土桥梁《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-混凝土结构耐久性设计、材料选择与构造要求所有混凝土结构2019在实际设计中，还需参考各省市和设计院的补充规定不同地区可能有针对当地气候、地质和交通特点的特殊要求，设计时应充分考虑这些因素国际工程还需参考相关国家的设计标准，如美国AASHTO LRFD、欧洲Eurocode等在设计过程中，应选择合适的规范体系并保持内部一致性第二部分软件基础Midas Civil软件界面与功能模块熟悉主要操作界面和工具布局参数设置与单位换算掌握基本设置和单位体系工作流程与分析策略理解软件使用逻辑和分析方法Midas Civil作为专业的桥梁分析软件，提供了强大的建模和计算功能初学者需首先熟悉软件的基本操作环境，了解各功能模块的位置和用途，这是高效使用软件的基础软件支持多种单位体系和材料参数设置，需根据项目要求和个人习惯进行合理配置良好的参数设置可以避免后续计算中的单位换算错误，提高工作效率掌握Midas Civil的工作流程和分析策略，对于复杂的桥梁结构分析尤为重要了解软件的运算原理和结果输出方式，有助于正确判断计算结果的合理性软件界面与功能区的界面由主菜单、工具栏、模型窗口、数据表格和状态栏等部分组成主菜单包含文件操作、建模工具、分析设置、结果查看等功Midas Civil能模块，是软件功能的主要入口工具栏提供了常用功能的快捷按钮，可根据需要自定义建模视图区域支持多种显示模式，包括线框模式、实体模式和渲染模式等通过鼠标操作可以旋转、缩放和平移视图，快速查看模型的不同部位结果显示窗口用于图形化展示分析结果，支持颜色云图、变形图和动画等多种表现形式数据表格用于编辑模型参数和查看详细计算结果，支持数据筛选和导出功能掌握常用快捷键如缩放至所有、缩放窗口、动态旋F2F3F4转等，可显著提高操作效率参数设置工程单位选择坐标系统设置网格与捕捉设置Midas Civil支持多种单位体软件默认使用全局直角坐标合理设置网格间距和捕捉功能系，包括公制kN,m、公制系，也支持局部坐标系定义可提高建模精度和效率对于ton,m和英制等国内工程桥梁建模通常沿桥梁中心线定箱梁模型，建议设置与实际尺通常选择公制kN,m体系，义全局X轴，Y轴水平横向，Z寸相适应的网格间距，使用节需注意所有输入数据都应保持轴垂直向上，便于理解和操点和线的捕捉功能辅助精确建单位一致作模显示选项优化针对复杂模型，合理设置显示选项可提高工作效率可通过调整显示内容节点、单元、荷载等、颜色方案和标签显示等选项，使模型更加清晰易读建模流程概述材料与截面定义几何模型创建设置混凝土参数和箱梁截面特性定义节点坐标和单元连接，构建桥梁的空间骨架荷载与边界条件添加各类荷载工况和支座约束分析类型选择施工阶段定义设置静力、动力或非线性分析参数模拟施工过程和时间效应建模流程是一个系统性的工作，每个步骤都需要认真对待在几何模型创建阶段，需根据桥梁线形和结构布置，准确定义节点坐标和单元连接关系，构建出结构的空间骨架材料与截面定义阶段需要设置混凝土的强度等级、弹性模量等参数，并定义箱梁的截面特性荷载与边界条件是分析计算的关键输入，需要准确模拟各类永久荷载和可变荷载，并根据支座布置设置适当的约束条件对于连续箱梁，施工阶段定义尤为重要，需要考虑混凝土龄期、支架拆除和预应力张拉等施工过程的影响第三部分连续箱梁建模几何模型创建根据桥梁线形和布置，在中建立节点和单元，形成结构骨架连续箱Midas Civil梁通常使用梁单元模拟，先定义中心线，再分配适当的截面属性截面定义使用软件的截面编辑器创建箱形截面，输入各部分尺寸参数对于变截面箱梁，需在不同位置定义多个截面，并使用插值功能实现平滑过渡材料属性设置定义混凝土、钢筋和预应力钢材的材料参数，包括强度等级、弹性模量、泊松比、密度等还需设置徐变和收缩参数，以考虑长期效应边界条件设置根据支座布置，设置模型的支撑条件通常在桥墩顶部设置弹性支座，限制相应自由度考虑支座类型和刚度，正确模拟结构的约束状态几何建模方法节点坐标法直接绘制法直接输入节点的空间坐标，然后连接节点创建单元适合简单直线桥梁，操作精确利用软件的图形界面，通过鼠标点击和拖拽直接绘制结构线形操作简便直观，但但效率较低对于复杂线形，需提前计算各节点坐标，工作量大精度可能略低适合概念设计阶段或简单结构的快速建模•优点精确控制节点位置•优点操作简便直观•缺点大型模型工作量大•缺点精度可能不足截面推导法导入图形CAD先定义线路平面和纵断面，然后通过沿线路推导截面的方式创建三维模型特别适将CAD中绘制的桥梁线形导入Midas，然后基于导入的几何信息创建有限元模型合变截面和曲线箱梁，能自动处理纵坡和超高结合了CAD的绘图优势和Midas的分析能力，提高工作效率•优点适合复杂线形•优点利用现有CAD图纸•缺点需详细线路数据•缺点需处理接口问题箱梁截面定义截面定义方法实体截面与薄壁截面变截面处理技巧PSC在中，可使用内置的截面编根据建模需求，可选择实体截面或薄壁对于变截面箱梁，需在关键位置（如支Midas Civil辑器创建预应力混凝土箱梁截面主要截面定义方式实体截面直接输入实际座处、跨中和截面变化点等）定义多个步骤包括选择截面类型（如箱形截面几何尺寸，计算更直观；薄壁截面则通截面，然后使用软件的插值功能实现平）、输入几何尺寸（顶板宽度、底板宽过定义中面和厚度来描述，适合复杂形滑过渡定义时应确保相邻截面的拓扑度、顶板厚度、底板厚度、腹板厚度和状结构一致，避免不必要的应力集中总高度等）、定义材料属性薄壁截面更适合考虑剪力滞效应和截面变截面定义可采用参数化方法，建立截对于预应力截面，还需定义预应力筋的翘曲效应，对于大跨径箱梁尤为重要面尺寸与位置的关系式，提高建模效布置形式、数量和位置软件会自动计软件提供自动计算截面特性的功能，但率重要的变化位置应增加控制点，确算截面的几何特性，如面积、惯性矩和关键参数仍需人工核验保截面变化趋势符合设计要求抗弯刚度等箱梁截面参数示例材料属性定义C50混凝土强度等级预应力箱梁常用强度等级，具有足够强度和耐久性

34.5GPa混凝土弹性模量C50混凝土的标准弹性模量，影响结构的变形计算

1.5-

2.5徐变系数范围预应力结构中考虑长期荷载下的蠕变效应

0.2混凝土泊松比横向与纵向应变比值，影响横向变形计算在Midas Civil中定义材料属性时，首先需要选择材料类型（如混凝土、钢材等），然后输入相应的力学参数对于连续箱梁，通常选用C40-C60的混凝土，弹性模量可通过规范公式计算或直接采用推荐值预应力钢绞线通常采用标准强度fpk=1860MPa的材料，设计时需定义其弹性模量（通常为195GPa）和松弛性能对于收缩和徐变参数，应根据桥址环境条件和混凝土配合比确定，这些参数直接影响预应力损失和长期变形在Midas中，还需设置材料的线膨胀系数（约为

1.0×10-5/℃）用于温度效应分析，以及材料的单位重量用于自重计算对于特殊环境（如海洋环境或严寒地区），还应考虑材料的耐久性参数支座与边界条件支座类型与布置连续箱梁桥常用板式橡胶支座、盆式橡胶支座或球形支座支座布置需遵循一固多活原则，通常在一个墩台上设置固定支座，其余位置设置单向或双向活动支座，以适应温度变化引起的伸缩变形弹性连接设置在Midas Civil中，支座可模拟为弹性连接Elastic Link，定义其在各个方向的刚度固定支座在约束方向上设置极大刚度，活动支座则设置极小刚度也可使用刚性连接Rigid Link和弹性支撑Spring Support结合的方式模拟实际支座性能约束条件定义模型中需明确定义各支座节点的约束条件，包括位移和转动约束一般而言，固定支座限制竖向和水平位移，允许转动；单向活动支座仅限制竖向和一个水平方向位移；双向活动支座仅限制竖向位移所有约束条件应与实际支座性能一致刚性连接与弹性连接在模拟支座和梁体连接时，可使用刚性连接或弹性连接刚性连接适用于完全刚接的情况，而弹性连接则可更精确地模拟支座的实际性能，包括竖向压缩变形和水平滑移特性对于重要桥梁，建议考虑支座的实际刚度特性第四部分荷载定义与组合可变荷载车辆、温度、风荷载等预应力荷载预应力筋张拉产生的等效荷载施工阶段荷载施工设备、混凝土浇筑荷载永久荷载结构自重、面层、栏杆等恒载荷载是结构分析的基本输入，准确定义各类荷载是得到可靠计算结果的前提在Midas Civil中，永久荷载包括结构自重和附加恒载，可变荷载包括车辆荷载、温度变化、风荷载等对于预应力箱梁，预应力荷载是必不可少的部分，通常通过等效荷载系统来模拟不同荷载需定义为不同的荷载工况Load Case，然后通过荷载组合Load Combination方式进行叠加在极限状态设计方法中，需考虑荷载的不确定性，采用不同的分项系数对于连续箱梁，还需特别关注施工阶段荷载，如支架反力、混凝土浇筑顺序等永久荷载计算结构自重附加恒载与二期恒载支座沉降效应在中，结构自重可通过设置附加恒载包括桥面铺装、护栏、人行道支座不均匀沉降会导致结构内力重分Midas Civil自重荷载工况自动计算软件根据定义等非结构构件的重量在输入时，通常布，尤其对连续梁影响显著在Midas的材料密度和截面特性，自动计算各单将其转化为均布线荷载，施加在梁单元中，可通过支座节点的强制位移来模拟元的重力荷载一般混凝土的密度取上例如，桥面铺装厚度为时，其沉降效应10cm荷载值约为25kN/m³

2.4kN/m²支座沉降量应根据地质条件和基础类型对于变截面箱梁，软件能够准确考虑不二期恒载是指在结构成型后施加的永久估算，一般考虑的相对沉降对1-2cm同位置截面尺寸变化引起的重量差异荷载，需在相应的施工阶段添加这些于敏感结构，可能需要进行沉降敏感性自重荷载作为最基本的永久荷载，对结荷载通常通过功能输分析，评估不同沉降情况下的结构响Beam Loads构的内力分布有显著影响入，可以是均布荷载、集中荷载或梯形应分布荷载可变荷载定义车道荷载是桥梁设计中最主要的可变荷载在中，可通过模块定义车道布置和荷载标准首先需定义车道中Midas CivilHighway BridgeDesign心线和宽度，然后选择适用的荷载标准（如中国公路荷载、荷载等）软件可自动生成车辆荷载的横向分布和纵向分布AASHTO移动荷载分析是确定最不利荷载位置的关键软件提供功能，能自动搜索各种荷载位置，找出产生最大内力的位置分析Moving LoadAnalysis时需设置移动步长和分析范围，步长越小分析越精确，但计算量也越大影响线分析是评估荷载效应的有效工具通过影响线可直观了解荷载在不同位置时对特定截面内力的影响对于连续梁，影响线的正负交替特征尤为明显，这对确定预应力线形和最不利荷载组合非常有帮助温度荷载与特殊荷载均匀温度变化桥梁整体温度的升高或降低引起的均匀膨胀或收缩在Midas中，通过Temperature Load定义，输入温度变化值，如±25°C均匀温度变化主要影响桥梁的纵向变形，对内力影响相对较小•设计参考值通常为±25°C•主要影响结构整体伸缩温度梯度效应桥梁顶底面温差引起的弯曲变形定义为Temperature Gradient，输入顶面和底面的温度差值温度梯度会产生附加弯矩，对连续梁的内力分布有显著影响•设计参考值5°C至15°C的温差•主要影响产生附加弯矩徐变与收缩影响混凝土长期承载下的徐变以及水泥水化后的收缩会导致额外变形在Midas中通过设置材料的徐变系数和收缩系数，在时效性分析中自动考虑•徐变系数根据环境湿度等确定•收缩系数约

0.2‰至

0.3‰地震荷载简化地震作用可通过反应谱法或时程分析法计算对于一般桥梁，可采用反应谱分析，在Midas中定义设计反应谱和质量参与方式•水平地震加速度

0.05g至

0.4g•垂直地震加速度水平的1/2至2/3荷载组合定义组合类型适用状态主要荷载分项系数范围极限承载能力组合结构极限状态恒载+预应力+可变荷γG=

1.2~

1.35,载γQ=

1.4~

1.8正常使用组合结构使用状态恒载+预应力+部分可γG=

1.0,变荷载γQ=

0.7~

1.0频遇组合裂缝控制恒载+预应力+频繁可γG=

1.0,变荷载γQ=

0.4~

0.7准永久组合长期变形恒载+预应力+准永久γG=

1.0,可变荷载γQ=

0.2~

0.4施工阶段组合施工过程自重+施工荷载根据施工特点确定在Midas Civil中，荷载组合通过Load Combination功能定义首先需创建各种基本荷载工况，然后根据设计规范要求，设置不同的组合方式和分项系数软件支持线性组合和包络组合两种方式，能够方便地生成最不利内力包络对于预应力混凝土结构，荷载组合时需特别考虑预应力作用的有利或不利影响在正常使用极限状态下，预应力通常作为有利作用考虑；而在承载能力极限状态下，则需根据具体情况分析其有利或不利影响第五部分预应力设计布置原则根据弯矩分布确定预应力筋线形和数量张拉控制确定张拉应力和顺序损失分析计算各类预应力损失线形设计优化控制点位置预应力设计是连续箱梁设计的核心环节，直接影响结构的受力性能和使用效果预应力筋的布置应与弯矩包络线形状匹配，在正弯矩区布置于底板，在负弯矩区可上行至顶板根据跨径和荷载大小，确定预应力筋的数量和规格张拉控制应力通常取钢绞线标准抗拉强度的

0.75倍，同时考虑摩擦损失和锚固损失等即时损失，以及混凝土徐变收缩和钢材松弛等长期损失张拉顺序应经过精心设计，避免结构在施工过程中出现不利受力状态预应力线形设计需兼顾受力效率和施工可行性，控制点的位置和数量应合理设置，确保钢束平滑过渡并满足最小曲率半径要求锚固区需进行特殊设计，防止应力集中导致混凝土开裂预应力体系选择后张法与先张法连续箱梁通常采用后张法预应力，即先浇筑混凝土，待强度达到要求后进行钢束张拉后张法适用于现场施工的大型结构，能够灵活布置预应力线形而先张法主要用于预制构件，如小跨度简支T梁粘结与非粘结体系粘结预应力系统通过灌浆将钢束与混凝土粘结，提高结构的整体性和抗裂性能非粘结体系则允许钢束在管道内自由滑动，便于后期检测和更换连续箱梁通常优先选用粘结体系，确保结构的耐久性和整体性内外预应力适用条件内预应力指钢束布置在混凝土截面内部，是最常用的方式外预应力则将钢束布置在截面外部，仅在锚固点和偏转点与结构接触，可减少混凝土开裂和提高结构的抗疲劳性能对于超大跨径箱梁或需要加固的既有结构，外预应力是理想选择张拉设备与工艺要求预应力张拉需使用专用千斤顶和配套设备，张拉力和伸长量需精确控制张拉工艺应考虑温度因素、摩擦损失和设备精度对于多根钢束的结构，应设计合理的张拉顺序，避免应力集中预应力管道的弯曲半径不应小于规范要求，以减少摩擦损失预应力筋布置原则弯矩包络线匹配原则预应力钢束的布置应与结构的弯矩分布相适应，即在弯矩较大处提供更大的预应力对于连续箱梁，钢束通常在跨中下凹（位于底板），在支座处上凸（位于顶板或上部腹板），形成抛物线或折线形状在Midas Civil中，可先进行结构分析获取弯矩包络线，然后根据弯矩分布设计预应力线形软件提供可视化工具，帮助设计师直观理解预应力效应与弯矩分布的关系筋束分组与分阶段张拉预应力钢束通常分为多组，按不同阶段进行张拉一方面可以控制混凝土应力状态，避免过早张拉导致混凝土强度不足；另一方面可以减少张拉过程中的不均匀变形分组原则可基于钢束位置（底板束、腹板束和顶板束）或张拉时间（早期张拉和后期张拉）在Midas中，需为每组钢束定义不同的预应力工况，并在施工阶段分析中按实际顺序激活锚固区增强措施预应力锚固区存在高度集中的局部压应力和复杂的应力分布，需进行专门设计常用增强措施包括增加锚固区混凝土厚度、设置螺旋筋或封闭箍筋、布置辅助锚固钢筋等在Midas中建模时，锚固区可采用更细致的网格划分或通过局部加厚模拟对于重要结构，还可进行锚固区的专项有限元分析，确保承载力和抗裂性能满足要求预应力效率优化方法预应力效率指预应力产生的有效弯矩与钢束用量的比值提高预应力效率的方法包括优化钢束线形，增大偏心距；减少摩擦损失，提高张拉控制精度；合理分配钢束数量，避免过度冗余在Midas中可通过参数化研究，调整钢束数量、位置和线形，比较不同方案的预应力效率和结构性能，最终确定最优设计方案预应力损失计算在中定义预应力Midas在Midas Civil中定义预应力的主要步骤包括首先通过Tendon功能创建预应力工况，指定预应力类型（粘结或非粘结）和材料特性；然后定义预应力线形，可选择Linear（直线）、Parabolic（抛物线）或Cubic（三次曲线）等形式，通过设置控制点确定钢束在空间的位置控制点设置是预应力建模的关键一般在每跨设置3-5个控制点，包括锚固点、跨中点和变截面位置每个控制点需定义其纵向位置和垂直位置（通常用相对截面顶面或底面的距离表示）为确保钢束平滑过渡，控制点间距不宜过大，且应检查生成的曲线是否满足最小曲率半径要求张拉控制参数包括张拉力（或应力）、张拉端（可为单端或双端）和张拉顺序在设置张拉力时，应考虑钢材的特性和规范限值，通常不超过标准强度的

0.75倍张拉顺序对结构的受力状态有重要影响，应根据施工计划合理设置预应力效应可通过Tendon Action查看，包括等效节点力和等效单元力第六部分施工阶段分析张拉控制与反拱设计施工阶段结果评估施工阶段分析是确定预应力张拉控制时效性分析设置通过施工阶段分析，可以获取每个施参数和反拱设计的重要依据通过分施工过程划分混凝土的徐变和收缩等时效性行为对工阶段的结构内力和变形状态需重析结构在各阶段的变形趋势，合理设连续箱梁施工通常分为支架搭设、箱结构长期性能有显著影响在施工阶点评估关键阶段的混凝土应力是否满置初始反拱值，确保结构在使用阶段梁浇筑、预应力张拉、支架拆除等多段分析中，需设置各阶段的时间参数足规范限值，结构变形是否在可控范达到设计的线形和高程个阶段在Midas中，需将整个施工和材料的时效性模型Midas提供多围内分析结果可指导优化施工工艺过程划分为一系列离散的阶段，每个种徐变和收缩模型，如CEB-FIP模和调整预应力参数阶段对应实际施工的关键时间点合型、ACI模型等，可根据规范要求选择理的施工阶段划分是准确模拟结构受适合的模型力过程的基础施工阶段划分原则模型创建与支架搭设第一阶段通常为模型创建，激活所有节点和单元，但不考虑荷载支架搭设阶段需模拟支架提供的支撑条件，可通过弹性支撑或约束条件实现混凝土浇筑根据实际施工顺序，模拟箱梁各部分的浇筑过程可能的顺序包括底板先浇筑，然后是腹板和顶板；或按跨分段浇筑每次浇筑激活相应单元的自重荷载预应力张拉与支架拆除混凝土达到一定强度后进行预应力张拉，通常分批进行张拉完成后，逐步拆除支架，释放支撑反力这个阶段结构的受力状态发生显著变化，需重点关注二期恒载与使用阶段桥面铺装、护栏等二期恒载施加后，结构进入使用阶段使用阶段需考虑车辆荷载、温度变化等可变荷载，以及混凝土长期徐变和收缩的影响在每个施工阶段，都需要关注结构体系的变化、荷载的增减和材料性能的发展特别是对于连续箱梁，支架拆除会导致结构体系从简支到连续的转变，引起内力重分布，必须在模型中准确模拟关键节点施工模拟尤为重要，如合龙段施工、临时支撑调整等特殊工序这些工序往往对结构的最终受力状态有决定性影响，需在模型中精细模拟Midas Civil的施工阶段分析功能允许在每个阶段定义结构的出生和死亡，精确反映施工过程中的结构变化施工阶段定义步骤定义施工组在Midas Civil中，首先通过Construction Stage模块创建施工阶段分析组需设置分析选项，如是否考虑徐变收缩、非线性效应等一个项目可以有多个施工组，对应不同的施工方案，便于比较优化设置时间参数为每个施工阶段设置具体的时间信息，包括开始时间、持续时间和结束时间时间参数是计算徐变和收缩效应的基础，应与实际施工计划保持一致软件支持以天为单位设置时间，可精确模拟长期效应分配构件与荷载在每个施工阶段，指定该阶段激活或停用的结构构件和荷载例如，在混凝土浇筑阶段激活相应单元及其自重；在预应力张拉阶段激活预应力工况；在支架拆除阶段停用临时支撑定义结构变化施工过程中可能涉及结构体系变化，如支撑条件调整、连接方式改变等在Midas中，可通过改变边界条件、添加或移除连接单元等方式模拟这些变化对于复杂变化，可能需要使用特殊的连接单元或分析技巧时效性分析设置混凝土龄期与强度发展徐变与收缩模型选择预应力松弛与温度效应混凝土强度随龄期增长而提高，这影响混凝土的徐变和收缩是影响预应力结构预应力钢材在持续应力作用下会发生松其承载能力和弹性模量在中，长期性能的主要因素提供多种弛，导致预应力损失支持设置Midas MidasMidas可通过设置混凝土的龄期强度关系曲徐变收缩模型，如、、不同类型钢材的松弛特性，通常采用规-CEB-FIP ACI线，模拟不同施工阶段的材料性能变等不同模型适用于不同的混凝范推荐值低松弛钢材的小时松弛MC901000化通常采用规范提供的标准曲线，如土类型和环境条件，选择时应考虑当地率约为，普通钢材可达

2.5%

4.5%模型规范要求和实际情况CEB-FIP温度变化也会影响结构的长期性能在强度发展曲线的设置对施工控制尤为重模型参数设置需考虑环境湿度、构件尺施工阶段分析中，可设置各阶段的环境要，如确定预应力张拉的最早时间，或寸、混凝土组成等因素对于重要结温度，模拟季节变化对结构的影响特支架拆除的安全时机软件能自动计算构，建议进行混凝土徐变收缩试验，确别是对跨度大的结构，温度效应可能导各阶段混凝土的实际强度和弹性模量，定更准确的参数值徐变系数一般在致显著的附加应力和变形

1.5-用于内力分析之间，收缩极限值约为

2.

50.2‰-

0.3‰施工控制与反拱设计变形控制目标值反拱计算方法预拱度设计与控制连续箱梁的变形控制目标通常反拱值通常设置为预估长期挠预拱度在模板设计和支架搭设包括竣工时的线形偏差不超度的

1.0-

1.5倍，以补偿预应力阶段实现，需考虑支架变形和过设计高程的±20mm；长期使作用下的初始上拱和长期变混凝土收缩等因素支架顶面用后的挠度不超过跨径的形计算方法包括基于施工阶的标高应按设计预拱度调整，1/1000这些目标值需根据桥段分析的预测法和基于简化公混凝土浇筑厚度也需相应控梁等级、跨径和使用要求确式的经验法Midas可输出各制在施工现场，需通过精密定，对于重要桥梁可能要求更施工阶段的变形数据，为反拱测量确保预拱度实施的准确严格设计提供依据性合理预应力调整预应力大小直接影响结构的变形控制通过调整预应力筋数量、分布和张拉力，可以优化结构的初始变形和长期变形过大的预应力会导致过度上拱，过小则无法有效控制挠度合理的预应力设计应平衡强度要求和变形控制需求实际施工中，还需根据现场监测数据及时调整预应力参数和支架设置，确保最终成桥线形符合设计要求对于大跨度连续箱梁，还应考虑温度变化、支座沉降等不确定因素对变形的影响第七部分结果分析与验算内力分析挠度分析分析各截面弯矩、剪力和轴力评估即时变形和长期变形•确定最不利内力组合•比较反拱设计效果•评估预应力平衡效果•预测使用阶段线形应力控制截面承载力检查混凝土和钢材应力验算各关键截面强度•控制裂缝发展•正截面抗弯能力•确保耐久性要求•斜截面抗剪能力结果分析是设计过程的关键环节，需综合评估结构在各荷载条件和施工阶段下的性能提供丰富的后处理功能，可生成内力图、变形图和应Midas Civil力云图等直观展示计算结果通过对比不同工况下的结果，可以识别结构的薄弱环节和关键控制截面验算工作需按规范要求进行，包括极限状态下的承载力验算和正常使用状态下的应力、裂缝和变形验算对于不满足要求的部分，需通过调整预应力参数、优化截面尺寸或改进结构布置来解决最终的设计方案应在满足安全性要求的前提下，尽可能提高结构效率和经济性内力图输出与分析提供多种内力图输出方式，包括二维图、三维图和数据表格对于连续箱梁，弯矩包络图是最核心的分析结果，直接反映结构在各种荷载组Midas Civil合下的最不利弯矩分布正弯矩通常出现在跨中，负弯矩则集中在支座处通过分析弯矩分布，可评估预应力布置的合理性剪力图和扭矩图反映结构的剪切和扭转受力状态剪力在支座附近达到最大值，是腹板厚度和箍筋设计的主要依据扭矩在不对称荷载和曲线桥中尤为重要，需通过合理的箱形截面和配筋设计来抵抗可输出各种荷载组合下的剪力和扭矩分布，便于识别最不利工况Midas轴力和应力图则提供更详细的受力信息对于预应力结构，轴力主要来自预应力作用，应力分布则是自重、预应力和外部荷载共同作用的结果支Midas持输出不同施工阶段的应力状态，帮助评估各阶段的应力安全性内力组合与提取功能允许设计师自定义输出内容，便于后续设计计算变形分析与控制截面强度验算正截面抗弯承载力正截面抗弯验算主要考查截面在弯矩作用下的安全性对于预应力混凝土箱梁，验算方法基于平衡条件和应变协调条件，考虑预应力钢筋和普通钢筋的共同贡献•极限状态设计法•考虑材料分项系数•应满足规范承载力要求斜截面抗剪承载力斜截面抗剪验算评估结构抵抗剪力和扭矩的能力箱梁腹板是承担剪力的主要构件，需设置足够的腹板厚度和剪力钢筋验算方法包括剪跨比法和斜压破坏验算•腹板受剪承载力•剪力钢筋配置要求•腹板厚度验算预应力截面疲劳验算对于车辆荷载反复作用的桥梁，需考虑材料的疲劳性能疲劳验算主要检查在频繁荷载作用下，混凝土和钢筋的应力幅是否在允许范围内•应力幅度计算•疲劳寿命评估•应力限值检查局部受压验算在支座区域和预应力锚固区，存在高集中应力，需进行局部受压验算验算方法基于允许压应力和实际压应力的比较，必要时需设置局部加强措施•支座垫石设计•锚固区配筋•局部加厚处理应力验算与裂缝控制验算项目正常使用极限状态频遇组合准永久组合混凝土压应力≤

0.5fc≤

0.4fc≤

0.33fc混凝土拉应力≤ftk一般不允许不允许预应力筋应力≤

0.75fpk≤

0.65fpk≤

0.60fpk普通钢筋应力≤

0.8fyk≤

0.75fyk≤

0.70fyk裂缝宽度控制≤

0.2mm不允许不允许应力验算是确保结构在正常使用状态下安全可靠的重要环节混凝土应力限值主要考虑防止过早开裂和控制徐变变形在Midas中，可通过Stress Contour功能查看各施工阶段和使用阶段的应力分布，识别应力集中区域特别是支座处和截面变化处，应重点检查应力状态预应力钢筋和普通钢筋的应力也需严格控制，以防止过早屈服和疲劳破坏在设计中，应保证钢筋应力在弹性范围内，并留有足够安全余量Midas提供钢筋应力计算功能，可输出不同荷载组合下的钢筋应力值裂缝控制是预应力混凝土结构设计的重要目标，直接关系到结构的耐久性和美观性通常采用限制混凝土拉应力的方法间接控制裂缝对于完全预应力构件，在准永久荷载组合下不允许出现拉应力；对于部分预应力构件，则需计算裂缝宽度并确保满足规范限值Midas提供裂缝宽度计算模块，可根据不同规范要求进行验算第八部分案例分析三跨连续箱梁桥实例典型工程案例分析全过程建模与分析从建模到计算的完整流程结果评估与参数调整基于分析结果优化设计参数优化设计建议提高设计效率和结构性能案例分析是理论知识与实际应用的桥梁，通过详细解析实际工程案例，帮助学习者掌握连续箱梁设计的全过程本部分将以一座三跨连续箱梁桥为例，展示从初步设计到最终验算的完整流程，重点关注Midas建模技巧、预应力设计方法和施工阶段分析通过案例学习，可以理解理论知识在实际工程中的应用，掌握设计过程中的关键决策点和常见问题的解决方案同时，案例分析也提供了设计优化的思路和方法，帮助提高工程设计水平和效率工程概况100m总跨径三跨布置30m+40m+30mC50混凝土强度高性能预应力混凝土

15.2mm预应力钢绞线低松弛高强度钢绞线2张拉批次分阶段张拉控制应力本案例为一座城市快速路上的三跨连续箱梁桥，跨径布置为30m+40m+30m，总长100m桥面宽度为25m，采用单箱单室变截面设计支点处梁高为

3.0m，跨中梁高为

1.8m，梁高与跨径比在1/15至1/18之间桥梁采用C50混凝土，预应力钢绞线选用标准强度为1860MPa的

15.2mm低松弛钢绞线箱梁采用整体浇筑工艺，支架现浇，混凝土达到设计强度的80%后分两批进行预应力张拉第一批张拉60%的预应力束，第二批张拉剩余40%张拉完成后拆除支架，施加二期恒载桥面设计荷载等级为城市A级，考虑车辆荷载、温度变化、风荷载等多种作用本桥设计的主要技术难点包括变截面的精确建模、预应力线形的优化设计、施工阶段的受力分析和变形控制等通过Midas Civil软件的全过程模拟，可以准确评估结构在各阶段的受力状态和变形趋势，为设计优化提供依据建模过程演示几何模型与网格划分根据桥梁中心线和跨径布置，在Midas中建立基本几何模型采用梁单元模拟主梁，单元长度一般控制在1-2m，关键部位如支座处和截面变化处适当加密本案例共划分约100个梁单元，确保模型精度截面属性定义使用截面编辑器创建变截面箱梁在支座处和跨中分别定义标准截面，支座处箱梁高

3.0m，顶板宽12m，底板宽6m，腹板厚

0.4m；跨中箱梁高

1.8m，其他尺寸相同通过插值功能实现截面平滑过渡，共定义11个控制截面荷载工况设置设置多种荷载工况自重DL

1、二期恒载DL

2、预应力PS

1、PS

2、车辆荷载LL、温度荷载TL等对于车辆荷载，定义车道布置和影响线分析参数，计算最不利荷载位置预应力筋布置设计两组预应力筋底板预应力筋和腹板预应力筋底板筋在跨中位置，距底缘15cm；腹板筋沿支座上行，在支座处距顶缘25cm每束使用12根

15.2mm钢绞线，底板布置40束，腹板每侧布置15束控制点设置确保钢束平滑过渡，满足最小曲率半径要求施工阶段定义支架搭设与混凝土浇筑模拟整体浇筑过程预应力张拉两批次张拉控制内力变化支架拆除结构体系由简支转为连续二期恒载与使用最终服役状态模拟施工阶段定义是连续箱梁分析的关键本案例将施工过程划分为以下阶段第1阶段0天，建立模型，设置临时支撑；第2阶段1-28天，混凝土浇筑，包括底板、腹板和顶板的整体浇筑；第3阶段28-30天，第一批预应力张拉，张拉60%的钢束；第4阶段30-32天，第二批预应力张拉，张拉剩余40%的钢束第5阶段32-35天，拆除临时支撑，结构体系由简支转为连续；第6阶段35-60天，施加二期恒载，包括桥面铺装和护栏等永久荷载；第7阶段60-10000天，长期使用阶段，考虑混凝土徐变收缩和预应力损失的长期效应每个阶段都需设置准确的时间参数和材料参数，模拟混凝土强度发展和徐变特性在Midas施工阶段分析中，需特别关注结构体系变化引起的内力重分布支架拆除后，由于结构从简支状态转变为连续状态，支座处将产生负弯矩，这是设计中的关键控制点时间参数设置应基于实际施工计划和混凝土强度发展规律，确保模型准确反映实际施工过程计算结果分析优化设计方案预应力筋优化截面尺寸优化施工流程优化通过参数化研究，优化预应力筋数量和基于应力分析结果，对箱梁截面进行微优化预应力张拉顺序，从原来的两批次分布原设计中底板预应力筋束，腹调支座处梁高保持不变，跨中梁调整为三批次

403.0m60%+40%板每侧束，通过精细分析发现可减少高可从减小至，腹板厚度在剪，更均匀地控制混

151.8m

1.7m40%+30%+30%至底板束，腹板每侧束，节约材料力较小区域从减至这些调凝土应力发展，减少开裂风险支架拆

35120.4m

0.35m约整可节约混凝土用量约除顺序也进行调整，采用从中跨向边跨15%8%逐步拆除的方式，使内力重分布更加平调整预应力线形，增大偏心距，提高预顶板和底板厚度保持不变，以确保有足缓应力效率优化控制点位置，使预应力够空间布置钢筋和预应力管道通过细效应更好地匹配弯矩分布，降低混凝土化变截面过渡区域，使截面变化更加平增加临时支撑调整环节，在预应力张拉应力水平和长期变形滑，减少应力集中现象前对支架进行适当预释放，减少支架拆除时的突变效应优化后的施工流程能更好地控制各阶段应力和变形发展第九部分设计要点与常见问题关键设计参数敏感性通过参数敏感性分析，识别对结构性能影响最大的设计参数，重点优化这些关键参数，提高设计效率例如，预应力大小和线形对变形控制的影响远大于混凝土强度等级的影响常见建模错误总结Midas建模过程中的常见错误及处理方法，如截面定义不准确、预应力线形不合理、荷载组合不当等通过案例讲解错误识别和修正方法，提高建模质量优化设计思路分享连续箱梁优化设计的整体思路和方法论，包括概念设计优化、材料用量最小化策略、施工便捷性考虑和全寿命周期设计理念软件结果验证方法介绍多种验证Midas计算结果准确性的方法，包括手算核验、简化模型对比和敏感性分析等建立结果验证的系统方法，确保设计可靠性关键设计参数敏感性常见建模错误与处理截面定义错误预应力线形不合理荷载组合与边界条件箱梁截面定义是常见错误源典型问题预应力钢束线形设置不当会导致计算结荷载组合不当往往导致结构分析结果偏包括截面尺寸输入错误，如顶板或底果严重失真常见问题有控制点过少离实际常见错误包括分项系数选用板厚度输反；变截面控制点设置不当，导致线形不平滑；偏心距过大导致几何错误，如混淆不同规范的系数；荷载组导致非预期的截面变化；截面属性计算不可行；锚固区线形设置不当，不符合合遗漏关键工况；施工阶段荷载激活顺错误，如忽略钢筋面积或混凝土开裂后实际施工条件；张拉力设置错误，超出序不符合实际边界条件错误则可能完的刚度降低等允许值全改变结构受力系统检查方法生成截面属性报告，核对几修正方法增加控制点数量，特别是在处理方法核对规范要求，确保分项系何尺寸和计算的截面特性值；使用截面线形变化显著处；检查线形的几何合理数正确；全面审查荷载工况，确保涵盖查看器可视化检查将计算的截面特性与性，确保满足最小曲率半径要求；在锚所有可能的不利组合；仔细检查支座设;手算结果进行比对特别是面积和惯性矩固区适当调整线形，考虑锚具尺寸和排置，确保约束条件与实际支座性能一,等关键参数布；核对张拉力计算，确保不超过规范致；检查施工阶段定义，确保结构变化限值与实际施工顺序吻合优化设计思路结构概念设计优化材料用量最小化从源头优化跨径组合和结构体系通过计算优化各部位尺寸和材料维护与耐久性设计施工便捷性考虑考虑全生命周期性能和维护成本简化施工流程，降低技术难度结构概念设计优化是整个设计过程的基础应综合考虑地形条件、通航要求和美学需求，确定最佳的跨径组合和结构体系对于连续箱梁，中跨与边跨的比例通常控制在

1.3-

1.4之间，以实现最佳的内力分布在确定总体方案时，应进行多方案比较，从技术、经济和美学角度全面评估，选择最优方案材料用量最小化是提高经济性的关键通过精细的内力分析，优化各部位的尺寸和配筋例如，在剪力较小的区域可减小腹板厚度；在预应力效应良好控制的区域可减少普通钢筋用量变截面设计应根据弯矩分布合理布置，避免材料浪费预应力系统优化尤为重要，应在满足功能要求的前提下，最小化钢束用量和张拉工作量施工便捷性和全寿命周期设计是现代桥梁设计的重要理念设计方案应充分考虑施工条件和工艺水平，避免过于复杂的结构形式和施工工序同时，应关注结构的耐久性和可维护性，选择适当的防护措施，设计合理的检修设施，降低全生命周期成本可持续设计理念也要求优先考虑环保材料和节能技术，减少工程对环境的影响模型验证方法手算核验采用简化计算方法验证关键结果的准确性可使用梁理论公式计算典型截面的弯矩和挠度，与Midas结果对比重点核验支座反力平衡、跨中弯矩和变形手算可采用连续梁弯矩分配法或力矩分配法，提供独立的验证途径简化模型对比建立简化的模型与详细模型进行对比可在Midas中同时建立梁模型和壳模型，或使用其他软件如SAP2000进行交叉验证不同复杂度模型的结果差异通常不应超过10%，较大差异需仔细分析原因，可能是建模假设或参数设置问题试验数据比对对于重要工程，可通过试验数据验证计算结果包括材料试验、模型试验和现场测试等特别是对于预应力结构，可测量张拉过程中的伸长量和支座反力变化，与理论计算值比对施工过程的变形监测数据也是验证模型准确性的重要依据敏感性分析是验证模型可靠性的有效方法通过改变某些关键参数（如材料性能、截面尺寸、边界条件等），观察结果的变化趋势，检查是否与理论预期一致例如，增加预应力应导致跨中上拱增大；支座刚度增加应导致支座弯矩增大异常的敏感性可能指示模型中存在错误全面的验证应包括多个层次首先验证基本平衡条件，如结构自重与支座反力之和是否平衡；然后验证关键内力，如最大弯矩和剪力；最后验证变形结果，包括即时变形和长期变形对于非线性分析和动力分析，还应检查收敛性和能量平衡通过多角度验证，确保计算结果的可靠性和准确性总结与展望发展趋势BIM技术与参数化设计引领未来新材料应用高性能混凝土与复合材料推动创新设计标准发展性能化设计理念逐步完善设计关键点预应力优化与施工过程控制至关重要本课程系统讲解了混凝土连续箱梁设计计算的理论和实践，重点展示了基于Midas Civil软件的全过程分析方法连续箱梁设计的关键点包括准确把握结构受力特点，优化预应力布置，合理模拟施工过程，严格控制变形和应力，确保结构安全可靠通过案例分析，展示了从概念设计到详细计算的完整流程，提供了实用的设计优化方法桥梁设计领域正经历深刻变革，BIM与参数化设计正成为主流趋势BIM技术实现全生命周期信息管理，从设计、施工到运维形成完整信息链；参数化设计提高方案优化效率，支持快速评估多种设计方案新材料与新技术不断涌现，如超高性能混凝土UHPC、纤维增强复合材料FRP和自修复混凝土等，为设计提供更多选择，推动更轻、更强、更耐久的桥梁结构发展未来桥梁设计标准将更加注重性能化和可持续性性能化设计理念逐步取代传统规定性设计，更加关注结构的实际性能和使用效果；全寿命周期设计考虑初始成本与维护成本的平衡，追求资源高效利用和环境友好作为工程师，应持续学习新知识、掌握新技术，不断提升专业能力，为创造更安全、经济、美观、环保的桥梁结构贡献力量。