midas操作例题资料-钢箱梁

Civil＆CivilDesigner一、钢箱梁操作例题资料1概要钢桥是高强、轻型薄壁结构，截面和自重比混凝土桥小，跨越能力大，因而在实际工程中有广泛应用。钢桥按形式可大致分为钢箱梁、钢板梁（工字钢）、钢桁梁、组合梁桥等类型。钢桥在使用时不仅要求钢材具有较高的强度，而且还要求具有良好的塑性。钢桥的刚度相对比较小，变形和振动比混凝土桥大。为了保证车辆行驶安全和舒适性、避免过大的变形和振动对钢桥结构产生不利的影响，钢桥必须有足够的整体刚度[2]。钢桥缺点除容易腐蚀影响耐久性外，另一缺点是疲劳。影响疲劳的因素很多，除钢材品质、连接的构造与方法等外，与荷载性质、疲劳细节关系也很大。钢箱梁除钢材等力学特性外，还具有箱梁的受力特点，广泛应用于市政高架、匝道、大跨度斜拉桥、悬索桥、拱桥加劲梁、大跨连续钢箱梁及人行桥钢箱梁等方面。本专题将通过介绍工程概况、结合规范构造检查、midasCivil详细建模过程以及midasCivilDesigner设计平台及结果查看等操作流程，希望能为读者结合实际项目学习程序，通过程序了解钢箱梁提供帮助。钢箱梁操作例题资料2钢桥概况及构造检查2.1钢桥概况主梁为20+30+40+30m单箱单室正交钢箱梁，钢材为Q345；桥面宽8m，梁高2.335m，翼缘板长1.8m；顶板、腹板、翼缘板均厚16mm，底板标准段厚16mm，支座两侧3~3.5m范围内加厚为24mm；顶板设置闭口U型加劲肋；翼缘板、腹板均设置板型加劲肋；底板标准段设置板型加劲肋，桥墩两侧5~7m范围内设置T型加劲肋；横隔板等设置距离详见图1~图3所示。建模之前，应按照《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64—2015)[1]（以下简称规范）对钢桥面板、加劲肋、翼缘板及腹板等尺寸进行构造检查。2.2构造检查2.2.1钢桥面板近年来正交异性钢桥面板出现疲劳和桥面铺装损伤的现象较为普遍，为保证钢桥面板具有足够的刚度，需对最小厚度有要求；为减小应力集中和避免采用疲劳等级过低的构造细节，需对纵向闭口加劲肋尺寸进行规定[1]。表1钢桥面构造检查规范条款规范规定本例结果行车道部分的钢桥面板顶板板厚不应小于14mm顶板板厚16mm满足加劲肋最小板厚不小于8mm加劲肋厚度为8mm、14mm满足纵向加劲肋宜等间距布置等间距6@600满足闭口加劲肋尺寸应满足式8.2.3图3中J1尺寸代入公式规范8.2钢桥面板规定8.2.18.2.3满足183.1053r3'f400tath钢箱梁操作例题资料A0A1A2A0A1A21231234412312344882255665'5'5'5'5'5'5'5'8'8'8'8'6'6'6'6'6'6'6'6'立面1:100平面1:100立面1:100平面1:1001234123482565'5'5'5'8'8'6'6'6'6'1234123482565'5'5'5'8'8'6'6'6'6'3'3'3'3'3'3'3'3'图2.1-1钢箱梁构造图（一）钢箱梁操作例题资料A2A3A2A3123123445'5'5'5'5'5'8'8'8'8'6'6'6'6'6'6'立面1:100平面1:10012345'5'5'8'8'6'6'6'12345'5'5'8'8'6'6'6'4'4'4'4'4'4'4'4'6'6'5'5'6'6'5'5'图2.1-2钢箱梁构造图（二）钢箱梁操作例题资料A4A3A4A31231234455778'8'8866立面1:100平面1:1001234578'861234578'866'6'5'5'6'6'5'5'顶板J1图2.1-3钢箱梁构造图（三）钢箱梁操作例题资料如上图所示，横隔板间距为2m，满足规范8.2.4的设置要求。2.2.2翼缘板为了防止制作、运输和安装过程中发生失稳和过大的面外变形，翼缘板宽厚比满足8.3.1比值要求时可不设置加劲肋。否则，应按照8.3.2要求规定设置纵向加劲肋。如图2.1-3横断面尺寸所示，本例腹板间距（4000mm）大于翼缘板厚度（16mm）的80倍，翼缘悬臂宽度（1800mm）大于翼缘板厚度（16mm）的16倍，按照规范设置翼缘板纵向加劲肋，间距为250mm，满足规范中不大于翼缘板厚度40倍的要求。2.2.3受压加劲肋以受压为主的腹板及其加劲肋、支座处加劲肋都应满足规范5.1.5的尺寸要求。图3中加劲肋尺寸均满足规范要求。板肋宽厚比应满足式5.1.5-1，将ssy15014345hmmtmmf、、代入计算，满足规范要求。ssy34512htf（5.1.5-1）T形钢加劲肋尺寸应满足式5.1.5-2和5.1.5-3，将s0s04314bmmtmm、、ssy15014345hmmtmmf、、代入计算，满足规范要求。s0s0y34512btf（5.1.5-2）ssy34530htf（5.1.5-3）钢箱梁操作例题资料闭口劲肋尺寸应满足式5.1.5-5和5.1.5-6，将ss170288bmmhmm、、sy8345tmmf、代入计算，满足规范要求。ssy34530btf（5.1.5-5）ssy34540htf（5.1.5-6）3建模步骤3.1定义材料特性材料特性值材料图3.1-1材料定义钢箱梁操作例题资料图3.1-2材料数据3.2定义截面特性截面特性值钢梁本例根据底板厚度变化段设置，底板T肋和板肋设置长度，共设置4种截面。钢箱梁操作例题资料图3.2-1截面数据以截面1为例，如何设置截面。按照界面内辅助示意图，输入钢箱梁顶底板各段宽度，顶底板、腹板厚度等。点击截面加劲肋，进行加劲肋设置。点击“定义加劲肋”，参照图2.1-3，定义各种加劲肋尺寸，设置加劲肋布置位置及间距。图3.2-2截面1截面数据钢箱梁操作例题资料图3.2-3截面1加劲肋截面数据图3.2-4加劲肋截面数据钢箱梁操作例题资料截面2箱梁尺寸如下图所示。加劲肋尺寸及设置情况同截面1。图3.2-5截面2截面数据截面3除底板加劲肋由板肋变为T肋外，其余截面尺寸均同截面1。图3.2-6T肋截面数据钢箱梁操作例题资料截面4钢箱梁尺寸同截面2，加劲肋尺寸同截面3。3.3建立结构模型定义节点：树形菜单表格节点本例中将支座位置处、截面变化处、设置隔板处均划分单元。打开“主梁节点和支座节点表格.xlsx”，将节点表格数据复制，然后粘贴到模型中的节点表格中，生成空间节点。图3.3-1节点位置和数据表格建立单元：节点/单元建立单元连接主梁开始节点（节点1）和结束节点（节点133），全部采用截面1。截面分配：赋予单元1to5、128to132截面2；赋予单元18to19、28to31、50to53、62to65、92to95、104to105截面3；赋予单元20to27、54to61、96to103截面4。其余单元均为截面1。钢箱梁操作例题资料图3.3-2建立单元3.4边界条件设置3.4.1边界条件由于主梁截面的偏心点选择的是中上部，而支座位于主梁的底部，因此需要在主梁的底部建立支座节点，并在支座节点上定义约束条件，并将支座节点与主梁节点通过弹性连接进行连接。支座节点通过对主梁节点复制生成，节点号从134开始。钢箱梁操作例题资料图3.4-1支座节点建立梁底约束：边界一般支承图3.4-2一般支承定义建立梁底和梁顶约束：边界弹性连接钢箱梁操作例题资料图3.4-3弹性连接定义3.4.2有效截面宽度《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64)桥梁设计需要设置有效截面宽度，参见第5.1.7条~第5.1.9条实现。midasCivil有效宽度可采用如下方法实现，其中可查看有效截面宽度：结构建模助手钢梁桥跨度信息选择全部单元，点击“添加/替换”，在单元列表中，选择支承位置（有效截面宽度计算用），再点击“添加”。定义好跨度信息后，即可定义有效截面宽度。结构建模助手钢梁桥有效宽度点击“显示计算结果…”，显示“上部局稳、下部局稳”、“上部局稳剪力滞、下部剪力滞”、“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”3种有效截面宽度。程序自动生成“边界”内容。钢箱梁操作例题资料图3.4-4跨度信息图3.4-5有效截面宽度图3.4-6显示计算结果边界有效宽度Civil程序有效宽度系数表格中输出了Iy、Z_上部、Z_下部3个变量的修正系数。CivilDesigner设计平台内部也自动生成三种有效截面特性值，按照钢箱梁操作例题资料规范选用对应的有效截面进行验算。图3.4-7边界有效宽度表格3.5静力荷载的定义钢箱梁横隔板重量、封头处混凝土重量，按节点荷载和梁单元荷载添加在自重荷载工况下。混凝土铺装、护栏添加在二期荷载工况下。钢桥传导性能可以不用设置温度梯度，考虑整体升温、整体降温。荷载静力荷载静力荷载工况图3.5-1荷载工况定义钢箱梁操作例题资料荷载静力荷载自重荷载静力荷载节点荷载荷载静力荷载梁单元荷载荷载温度/预应力系统温度图3.5-2自重图3.5-3节点荷载图3.5-4梁单元荷载图3.5-5温度荷载3.6移动荷载大多数公路桥梁结构，汽车荷载是导致疲劳破坏的主要因素，在钢规5.5节中对车辆荷载作用下的疲劳验算进行了规定[1]。疲劳荷载车辆的本质与汽车荷载相同，均属于移动车辆，其加载方式同汽车荷载。抗疲劳验算可以对钢梁中任意位置，截面中任意点进行疲劳模型I和疲劳模型Ⅱ的验算。疲劳模型Ⅲ需要做正交异性板的细部分析，进行纵横向验算，故应采用midasFEA进行验算。设置车道、车辆等之前，选择中国规范。钢箱梁操作例题资料荷载移动荷载移动荷载规范图3.6-1选择移动荷载规范3.6.1定义车道图3.6-2车道对话框车道定义时单元或节点必须依次排列，否则会出现车辆对开的情况导致移动荷载分析错误的结果。对于桥梁跨度的输入，对于多跨连续梁，输入最大计算跨径，此主要用来确定车道荷载中集中力的大小，按最大跨径计算，偏安全考虑；对于纵向折减系数的考虑，可以在车道单元后面的比例系数中定义即可，输入“1”程序自动根据规范折减。钢箱梁操作例题资料荷载移动荷载交通车道线图3.6-3车道对话框3.6.2定义车辆荷载移动荷载车辆图3.6-4车辆对话框钢箱梁操作例题资料图3.6-5定义标准车辆荷载图3.6-6定义疲劳荷载3.6.3定义移动荷载工况钢箱梁操作例题资料荷载移动荷载移动荷载工况图3.6-7移动荷载工况对话框图3.6-8定义移动荷载工况钢箱梁操作例题资料移动荷载分析控制中，公路桥梁常用影响线加载方式，而铁路、轻轨、地铁常用所有点加在方式，加载数量决定移动荷载分析的精度。结果可以选择仅输出最大值和最小值，或输出所有内力结果，以及是否输出应力。计算选项中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。冲击系数计算可以选择基频法和其他常用冲击系数计算方法。本例题选基频6.15，是取特征值分析结果中第一阶频率。分析分析控制移动荷载分析图3.6-9移动荷载分析控制数据3.7支座沉降荷载沉降/Misc支座沉降组荷载沉降/Misc支座沉降荷载工况钢箱梁操作例题资料图3.7-1定义支座沉降3.8定义施工阶段荷载施工阶段定义施工阶段图3.8-1定义施工阶段钢箱梁操作例题资料图3.8-2定义施工阶段4结合规范和CivilDesigner进行设计Civil程序建模完成后，可执行分析并查看分析结果。结合钢规进行设计需将分析结果导入CivilDesigner程序。选择规范，设置设计参数，进行设计并查看结果。钢箱梁操作例题资料分析运行分析PSC/设计CDN创建新项目图4-1分析结果导入设计平台4.1CDN程序设置选择钢规，勾选设计选项。设计规范设计规范设计规范设置图4.1-1设计规范设置钢箱梁操作例题资料设计构件跨度设计构件有效截面计算有效截面与抗倾覆验算需要提前设置跨度信息。选择单元后，程序自动识别支承条件计算跨度。进行设计时均采用CDN生成的有效截面宽度及其特性，在工作树“边界有效截面”表格中给出了3种有效截面特性值。无论用户是否将其添