midas_gen在建筑結(jié)構(gòu)施工分析中的應(yīng)用研究_W

1、 第 40 卷 增刊建 筑 結(jié) 構(gòu)2010 年 4 月MIDAS/Gen 在建筑結(jié)構(gòu)施工分析中的應(yīng)用研究陳迎春1，李小飛1，何四祥2（1 江蘇南通六建建設(shè)集團(tuán)有限公司，南通 226500；2 北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司，北京 100044） 摘要 隨著高層結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用以及計(jì)算手段和速度的提高，按照實(shí)際施工順序來模擬結(jié)構(gòu)在施工以及使用狀態(tài)時(shí)的力學(xué)特性顯得越來越有必要。著重介紹了 MIDAS/Gen 這款通用有限元軟件在施工階段分析模擬中的應(yīng)用研究，以及結(jié)合具體的工程實(shí)例來進(jìn)行分析模擬，用一些圖表結(jié)果來說明一次加載模型分析與施工階段模型分析結(jié)果的差別，便于工程設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)過程中做出理

2、性的判斷。 關(guān)鍵字 MIDAS/Gen；施工階段；高層建筑 Applied research of Midas/Gen in construction analysis of building structuresChen Yingchun1，Li Xiaofei1，He Sixiang2(1 Jiangsu Nantong Liujian Construction Group Co., Ltd., Nantong 226500, China; 2 Beijing MIDAS Technology Co., Ltd., Beijing 100045, China)Abstract: With

3、the extensive application of the high-level structure and spatial structure and with the improvement of calculate means and speed, it is necessary to simulate structure mechanical properties in the construction and use state. This article focuses on the applied research of finite element analysis si

4、mulation software Midas/Gen in construction phase of building analysis simulation. And the combination of specific examples were analyzed and the simulated. Results with some charts illustrates the difference between the construction phase model and one load model which can make the engineering staf

5、f in the engineering design process to make rational judgments.Keywords: MIDAS/Gen; construction phase; high-rise building1概要隨著高層建筑和空間結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用，對(duì)是負(fù)彎矩增加較大，而且層數(shù)越高，這種效應(yīng)越明顯。著重介紹了 MIDAS/Gen 這款通用有限元軟件在 施工階段分析模擬中的應(yīng)用研究，以及結(jié)合具體的工程實(shí)例來進(jìn)行分析模擬，用一些圖表結(jié)果來說明一次加載模型載分析與施工階段分析結(jié)果的差別，便于工 程設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)過程中做出理性的判斷。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)越來越高

6、，通常對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的分析方法是建立整個(gè)結(jié)構(gòu)模型后，同時(shí)施加荷載來進(jìn)行分析。但實(shí)際上建筑物是一層一層或者分段施工構(gòu)筑的， 而且即使是相同的樓層也會(huì)存在施工順序和加載條件的不同。這種施工期間的結(jié)構(gòu)系和施工后結(jié)構(gòu)系的不同，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)分析結(jié)果與實(shí)際的結(jié)構(gòu)效應(yīng)存在相當(dāng)大的差異，新高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ32施工順序加載對(duì)高層建筑物的影響由于施工順序和加載條件的不同，實(shí)際施工的建筑物的受力情況與建立整個(gè)模型后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果是不同的。例如分析結(jié)果，高層建筑上部的梁構(gòu)件有可能產(chǎn)生過大彎矩，又或者在同時(shí)使用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土墻的結(jié)構(gòu)，混凝土墻所分配到的垂直荷載會(huì)比實(shí)際情況更大。產(chǎn)生這些誤差的原因可大致

7、分為兩點(diǎn)：1） 對(duì)整個(gè)建筑物的模型同時(shí)施加荷載時(shí)，所施加的荷載會(huì)被傳遞到還未施工的上部樓層，這與實(shí)際施工條件不同，因此會(huì)產(chǎn)生誤差；2）在各施工階段的施工荷載會(huì)導(dǎo)致豎向構(gòu)件的不同收縮。通常的分析方法無法反 映這種情況，由此也會(huì)導(dǎo)致誤差的存在。 2002）征求也增加了 150m 以上應(yīng)考慮施工過程的影響。并且，隨施工階段的不同，相鄰構(gòu)件的齡期也是不同的。這樣，構(gòu)件在彈性模量、強(qiáng)度等材料特性上也會(huì)存在差異。特別是混凝土由于受徐變、收縮、強(qiáng)度增長及 PS 鋼束松弛等影響，不管是施工期間或者是施工結(jié)束后，其應(yīng)變總是不斷變化的，應(yīng)力也重新得到分布，所以混凝土的狀況更為復(fù)雜。 在高層結(jié)構(gòu)中，豎向構(gòu)件的剛度差

8、導(dǎo)致壓縮變形 的不一致，從而會(huì)導(dǎo)致水平構(gòu)件產(chǎn)生附件彎矩，特別 504 圖 1 定義任意階段單元 MIDAS/Gen 在施工階段分析方面的功能MIDAS/Gen 是一款大型通用設(shè)計(jì)軟件，計(jì)算準(zhǔn)圖 2 定義任意階段邊界圖 3 定義任意施工階段的荷載3于彎矩變化情況，對(duì)比一次加載，施工加載分析的結(jié)果會(huì)偏小，但也存在一些特殊情況，即施工加載分析的結(jié)果會(huì)大于一次加載，甚至符號(hào)都會(huì)產(chǎn)生改變。 確，操作方便，并且貫入了國內(nèi)的混凝土和鋼結(jié)構(gòu)等規(guī)范，在國內(nèi)外的工程實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用，在施工分析時(shí)更顯示其強(qiáng)大的實(shí)用性和方便性。 MIDAS/Gen 的施工階段分析可以考慮如下的內(nèi)容：不同齡期的混凝土構(gòu)件的徐變、不

9、同齡期的混凝土構(gòu)件的收縮、隨時(shí)間變化的混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度、PS 鋼束的松弛（Relaxation）、對(duì)應(yīng)任意齡期的構(gòu)件的產(chǎn)生與消失、對(duì)應(yīng)任意時(shí)刻的荷載的加載及卸載、邊界 4MIDAS/Gen 在施工階段分析方面的使用方法MIDAS/Gen 主界面里，施工階段定義就在下拉菜 圖 4 三維模型圖 5 某榀框架整移單荷載里面，可以定義任意施工階段持續(xù)的時(shí)間，任意階段單元（圖 1）、邊界（圖 2）、荷載（圖 3）的變化（都是以組為概念），可以指定混凝土材料在任何施工階段具備的材齡以及單元內(nèi)力的重新分配大小，另外還可以為任何一個(gè)施工階段設(shè)置子步驟，查看更加詳細(xì)的施工分析結(jié)果。 另外對(duì)于混凝土材料，可以通過

10、設(shè)置徐變、溫度收縮、抗壓強(qiáng)度來控制混凝土隨著時(shí)間的變化特性， 并且可以根據(jù)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土來分別指定。 圖 6 中柱軸力對(duì)比圖 7 角柱軸力對(duì)比5工程模型分析結(jié)果對(duì)比以一個(gè) 11 層的框架-剪力墻為例（圖 4），分兩種情況考慮，左側(cè)為一次加載模型，右側(cè)為施工階段分析模型，可以看出用一次成型和施工階段分析的計(jì)算中柱彎矩（圖 8）和角柱彎矩（圖 9）。 從以上的圖形結(jié)果可以得出一些簡單的結(jié)論，一次加載模型的中柱軸力比施工階段分析模型的中柱軸力大，而且隨著層數(shù)的增加，軸力百分比相差變大， 而一次加載模型角柱的軸力比施工階段分析模型的角 柱軸力小，而且越到底層，軸力百分比相差越大。對(duì)圖 8 中柱彎

11、矩對(duì)比圖 9 角柱彎矩對(duì)比 （下轉(zhuǎn)第 477 頁）505 5）把裝有 AB-樹脂的灌漿器旋緊于底座上，進(jìn)行低壓注漿（圖 5）；6）注漿完畢，拆除注漿器，待樹脂固化后敲掉底座，用角磨器磨去表面封縫膠，恢復(fù)基層原狀（圖 6）。 創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分（如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。 4.2 工程采用的處理方法鑒于工程對(duì)于防滲要求較高，故選用了低壓注漿法，采用 AB-樹脂作為裂縫灌注材料，它具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，并能抵抗混凝土所遇到的大

12、多數(shù)化學(xué)侵蝕且樹脂本體收縮小、韌性好、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可于干燥或潮濕的環(huán)境下固化， 對(duì)于微細(xì)裂縫（ 0.05mm）、較寬裂縫（0.5mm）均比較適用。 5取得的成效由于對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析正確，采取的措施有效，工程處理裂縫共計(jì) 20m。裂縫寬度在1.03.0mm，其中以 1.01.5mm 寬度為主，少部分在 2.0mm 以上。全部裂縫采用低壓注漿技術(shù)處理后，經(jīng)過一年的觀察，未見重新開裂及滲漏情況發(fā)生。 裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對(duì)混凝土

13、裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，從而保證建筑物和構(gòu)件安全、 穩(wěn)定地工作。 圖 1 步驟 1圖 2 步驟 2圖 3 步驟 3參 考 文 獻(xiàn)12 鞠麗艷. 混凝土裂縫抑制措施的研究進(jìn)展J. 混凝土，2002（5）： 11-14.3 鞠麗艷，張雄. 混凝土裂縫防治的兩種新方法J. 施工技術(shù)，2002，圖 4 步驟 4圖 5 步驟 5圖 6 步驟 6低壓注漿法修復(fù)裂縫過程如下：1）仔細(xì)測(cè)量裂縫長度、寬度和基層情況，確定施工順序和使用的材料 （圖 1）；2）確定入口的位置，距離約 20cm 貼上膠帶、預(yù)留（圖 2）；3）揭去注入

14、口上的膠帶，采用封縫膠將底座粘于注入口上（圖 3）；4）封閉裂縫，采用封 縫膠沿裂縫涂刮，寬度 30mm。厚度 12mm（圖 4）； 31（7）：28.4 郭仕萬，肖欣，趙和平. 混凝土施工中的裂縫控制J. 山西水利科技，2000（4）：20-21. 作者簡介：趙海立，工程師，碩士，Email：。（上接第 505 頁）參 考 文 獻(xiàn)6結(jié)語通過以上介紹，可以看出 MIDAS/Gen 可以充分1 JGJ32002 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程S. 北京：中國建筑工業(yè)，2002.2 北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司. MIDAS/Gen 分析手冊(cè)M.3 徐培福，付學(xué)怡，王翠坤，等.