貴州大學(xué)鋼橋課程設(shè)計

1、鋼橋課程設(shè)計設(shè)計題目： 兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的梁設(shè)計課程名稱：鋼橋?qū)W院：土木工程學(xué)院專業(yè)：橋梁與隧道工程班級：土木133學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2016年12月9日設(shè)計成績目錄Content一、 鋼橋課程設(shè)計要達到的目的 1二、設(shè)計資料及設(shè)計要求 1三、建模過程介紹 2四、給模型施加荷載過程介紹 11五、 運行分析模型過程介紹 16六、 后處理分析模型過程介紹 17七、 后處理分析模型的最后一個階段，結(jié)果分析過程介紹20兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的梁設(shè)計一、鋼橋課程設(shè)計要達到的目的現(xiàn)代鋼橋按主梁劃分為鋼板梁橋、鋼箱梁橋、鋼桁梁橋和組合 梁橋，按結(jié)構(gòu)傳力形式及橋型可分為斜拉橋、懸索橋和拱橋，這

2、些 都是現(xiàn)代鋼橋的主要對象。這些橋的受力復(fù)雜，所以其全壽命周期 設(shè)計必須依賴于計算機輔助(CAD完成，目前主要是采用 Midas/civil 進行輔助設(shè)計，所以學(xué)習(xí) Midas/civil 的基本使用是本 課程設(shè)計的主要目標(biāo)。另外，以簡單的兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的 梁設(shè)計，就可以基本涵蓋建模、施加荷載、運行分析、結(jié)果查看和 對照規(guī)范進行設(shè)計等環(huán)節(jié)，也會體現(xiàn) Midas/civil 設(shè)計過程中的前 處理和后處理的要求，所以本課程的設(shè)計時“麻雀雖小五臟俱全”。 要求使用 Midas/civil 主要設(shè)計與分析該橋主梁，把設(shè)計的理論思 想和具體使用軟件的步驟表述清楚，做到原理明白、思路清晰、操 作具

3、體和數(shù)據(jù)明確等設(shè)計要求。二、設(shè)計資料及設(shè)計要求1. 橋梁簡介及設(shè)計參數(shù)本課程設(shè)計依托的是工程實例某市一座兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天 橋，跨徑布置為 25.75+21.65 米。橋梁的設(shè)計參數(shù)主要有以下幾點， 沒有提及的按規(guī)范推薦取用或合理按照工程經(jīng)驗選取。(1) 鋼箱梁橋的幾何信息：根據(jù)給定的 CAD文件，橋最外圍寬 度是4000mm因兩側(cè)設(shè)有欄桿，寬度為250mm所以橋面全寬 3500mm天橋為兩跨連續(xù)箱形截面梁，跨徑為 257500+216500mm截面為單梁雙室箱形截面，箱梁鋼板厚度為50mm雙軸對稱矩形截面,連腹板凈高1100mm全高1200mm如圖1所示。圖1 鋼箱梁截面幾何尺寸（2）鋼箱

4、梁橋的材料信息：根據(jù) CAD給定的圖紙可知，該橋主 梁選用Q345鋼。（3）鋼箱梁橋的荷載信息：考慮人群荷載為 5.0kN/m2。自重是 默認(rèn)必須加以考慮的荷載，另外為了更符合工程實際情況，可自主 考慮橋面系鋪裝荷載和溫度荷載。2. 橋梁設(shè)計要求按照給定的CAD圖紙將該橋模型在MIDAS/Civil中建立有限元模 型，其中可以只建出梁體，不建立墩柱模型，并按照要求施加相應(yīng) 的荷載進行計算分析。三、建模過程介紹 建模過程為了貫徹原理明白、思路清晰、操作具體等要求，所 以對建模的操作步驟進行分點敘述，在每一個操作步驟前對該操作 進行原理解釋，沒有解釋價值的操作步驟省略原理解釋。如下：（ 1 ）打開

5、并運行 Midas Civil 軟件，點擊新項目（或快捷鍵 Ctrl+N ）。操作步驟為：打開文件 保存文件 命名文件名（命名為 “兩跨的鋼箱梁橋的梁設(shè)計”） 點擊保存。（2）為了使從CAD中導(dǎo)入Midas Civil的DXF文件圖形的單位 統(tǒng)一，所以需要設(shè)置單位，同時，單位體系設(shè)置也是建模必不可少 的一步，體現(xiàn)前處理的設(shè)置要求。具體操作步驟為：將單位體系設(shè) 置為“ N ”和“ mm”。（3）接下來設(shè)置材料特性，其地位同樣是建模前處理的主要步 驟。具體操作步驟為：從主菜單中選擇特性 材料特性值（彈出“材 料和截面”對話框，如圖 2 所示） 材料。圖 2 “材料和截面”對話框 接下來再點擊“添加

6、”，彈出“材料數(shù)據(jù)”對話框，設(shè)計類型欄里選擇“鋼材”，鋼材規(guī)范欄里選擇“ GBO（S）（中國國家標(biāo)準(zhǔn)， 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 50017-2003） ”，數(shù)據(jù)庫欄里選擇“ Q345，其 他為默認(rèn)選擇，然后點擊確認(rèn)，并關(guān)閉材料和截面對話框，這樣就 完成了建模采用的材料和設(shè)計依據(jù)的規(guī)范的選擇設(shè)置了，如圖 3 所 示。圖 3 “材料數(shù)據(jù)” 對話框（ 4）需要計算箱形梁的截面特性。先設(shè)置單位的統(tǒng)一，具體操 作步驟為：選擇主菜單工具 截面特性計算器 , 彈出“ Setting ”對話 框，設(shè)置Force （力）的單位N,設(shè)置Length （長度）的單位mm點 擊OK如圖4所示。圖 4 截面特性計算器單位設(shè)

7、置（ setting ）對話框（5）從AutoCAD中向Midas Civil導(dǎo)入模型截面圖形，首先 要用直線段在AutoCAD中繪制箱形梁截面圖形，并把只有該圖形 的AutoCAD文件保存為DXF類型文件，并命名為“截面.DXF”類 型，選擇低版本，如 2000版，并保存在桌面上。由于具體操作過 程在AutoCAD上完成，所以省略操作步驟。在Midas Civil中導(dǎo)入DXF文件的具體操作步驟：選擇菜單File （文件）lmport （導(dǎo)入）AutoCAD DXF彈出對話框，選擇導(dǎo)入“截面.DXF”文件，點擊OK如圖5所示。圖 5 導(dǎo)入 AutoCAD DXF 文件對話框（6）計算截面的生成

8、。具體操作步驟為：選擇樹形菜單SectionGenerate ，彈出如圖 6 所示對話框。圖 6 截面特性計算設(shè)置截面生成對話框在“ Type”選項里選擇“ Plane”，單擊圖標(biāo)工具欄里的按鈕 Select，然后框選截面，再點擊樹形菜單里的按鈕Apply （應(yīng)用），完成截面的生成。（ 7）截面特性的計算。具體操作步驟為：單擊圖標(biāo)工具欄里的 按鈕 Calculate Property ，樹形菜單彈出如圖 7 所示的對話框，單 擊圖標(biāo)工具欄里的按鈕Select，然后框選截面，點擊按鈕 Appy （應(yīng) 用）完成截面特性計算。圖 7 截面計算對話框（ 8）保存截面計算文件，并輸出。具體操作步驟為：單

9、擊圖標(biāo) 工具欄里的按鈕 Export ，樹形菜單彈出如圖 8 所示的對話框。圖 8 SPC 截面特性計算數(shù)據(jù)圖形文件保存輸出對話框選擇“ MIDAS Section File ”文件，導(dǎo)出 .sec 文件，在 File Name!選擇文件保存路徑桌面，并命名為“鋼箱梁設(shè)計截面.sec ” ,框選截面，點擊按鈕Apply （應(yīng)用）即可完成，然后關(guān)閉 Midas SPC 程序。（9）模型建立的截面數(shù)據(jù)SPC導(dǎo)入。具體操作步驟為：在主菜 單里選擇特性 截面特性值，點擊添加彈出如圖 9所示對話框。圖 9 截面數(shù)據(jù)導(dǎo)入對話框選擇設(shè)計截面 設(shè)計用數(shù)值截面，名稱里輸入“鋼橋截面”，點擊截 面數(shù)據(jù)從 SPC導(dǎo)

10、入，從桌面里導(dǎo)入“鋼箱梁設(shè)計截面.sec ”，設(shè)計 參數(shù) T1 輸入 50,、T2輸入 50、BT輸入 3850, HT輸入 1150, T1、T2、BT HT具體含義見對話框示意圖，單擊確認(rèn)即可。最后關(guān)閉材料和 截面對話框，回到主界面。（ 10）建立鋼箱梁模型的節(jié)點和單元，這也就是有限元分析的有 限單元的劃分。具體操作步驟為：在主菜單中節(jié)點/ 單元 建立節(jié)點，彈出樹形菜單如圖 10 所示。圖 10 節(jié)點建立對話框在坐標(biāo)（ x,y,z ）里分別輸入（ 0,0,0 ）、（ 25750,0,0 ）、（47400,0,0 ），并分別點擊“適用（A）”按鈕。再在樹形菜單中選擇“分割節(jié)點”，如圖 11

11、所示。圖 11 劃分節(jié)點間分析單元數(shù)對話框分割數(shù)量輸入 24，分割的節(jié)點號為 1,2 號，點擊“適用（ A）” 按鈕，同理，在分割數(shù)量輸入 18，分割的節(jié)點號為 2,3 號，點擊 “適用（A）”按鈕，完成節(jié)點建立，如圖12所示。圖 12 完成節(jié)點建立效果圖（ 11 ）建立有限單元。具體操作步驟為：在樹形菜單中選擇“單 元”，在節(jié)點連接框里點擊節(jié)點 1,3 完成單元建立，如圖 13所示。圖 13 單元的建立圖 14 邊界條件的處理（ 12）邊界條件的處理，對于支承點的 6 個自由度，根據(jù)結(jié)構(gòu)的 實際約束情況進行邊界的理想化。具體步驟為：在樹形菜單中選擇 邊界條件一般支承，如圖14所示，點擊Dx,

12、 Dy, Dz,單選節(jié)點2, 點擊Dy, Dz，單選1,3號節(jié)點，完成邊界條件建立，如圖15所示。圖 15 箱形梁邊界條件的處理示意圖通過以上 12個步驟,箱形梁的模型已經(jīng)建立了。接下來就是前 處理的最后一個步驟,施加荷載。四、給模型施加荷載過程介紹給模型施加荷載是有限元分析前處理的緊接模型的另一個重要 步驟。再此主要考慮的荷載有鋼箱梁橋的自重，橋面鋪裝和人群荷 載，且都把他們當(dāng)做靜力荷載工況處理。同樣分以下幾點敘述其原 理和具體操作步驟。（1）完成荷載的定義，包括種類和工況的選擇。具體操作步驟為： 在樹形菜單中選擇荷載 靜力荷載工況，名稱輸入“鋼箱梁自重”， 類型選擇“恒荷載”，點擊添加，同

13、理，分別添加“橋面鋪裝系”、 “溫度”的靜力荷載工況并點擊關(guān)閉，如圖 16 所示。圖 16 靜荷載的定義及工況選擇（2）添加定義好的荷載。具體操作步驟為：在荷載中選擇“自 重”，荷載工況名稱中選擇“鋼箱梁自重”，自重系數(shù)z 中輸入 -1 ，操作按鈕里點擊添加，完成箱梁的自重荷載添加，如圖17 所示。圖 17 鋼箱梁自重荷載的添加（3）橋面系荷載的添加。具體操作步驟為：在荷載中選擇“梁單元荷載（連續(xù)）”，荷載工況名稱選擇“橋面鋪裝系”，w中輸入“-12”，加載區(qū)間（兩點）選擇 1,3 兩點，如圖 18 所示。圖 18 橋面鋪裝系荷載的添加（ 4）溫度荷載的添加，假設(shè)上下表面溫差 7 度，左右溫差

14、相差 3度。具體操作步驟為：在荷載中選擇，荷載工況名稱選擇“溫度”， 溫度梯度 T2z-T1z 輸入“ 7”，溫度梯度 T2y-T1y 輸入“ 3”，如圖 19 所示。圖 19 溫度荷載的添加（ 5）人群荷載的施加。具體操作步驟為：從主菜單中選擇荷載移動荷載 移動荷載規(guī)范選擇 China ，點擊交通車道線彈出“車道” 對話框，點擊添加彈出“車道”對話框，車道名稱輸入“人行天橋 道面”，車輛荷載的分布選擇“車道單元”，車輪間距輸入“ 3500”，橋梁跨度輸入“ 47400”，選擇“兩點”分別為（ 0,0,0 ） 和（ 47400,0,0 ），點擊確定并關(guān)閉“車道”對話框，如圖 20 所示。圖 2

15、0 人群荷載范圍的添加 人群荷載規(guī)范的選擇。點擊按鈕“車輛”彈出“車輛”對話框， 選擇用戶定義（U）彈出“用戶定義的車輛荷載”對話框，荷載類型 選擇“人群荷載”，規(guī)范選擇“新公路人群荷載類型”，車輛荷載 名稱輸入“人群荷載”，如圖 21 所示。圖 21 人群荷載規(guī)范的選擇和數(shù)值的輸入人群荷載的添加。具體操作步驟為：選擇“移動荷載工況”添 加，荷載工況名稱輸入“人群荷載”，點擊添加彈出“子荷載工 況”，將“人行天橋道面”添加到“選擇的車道”中，點擊確定， 如圖 22 所示。圖 22 人群荷載的添加通過以上 5個步驟，荷載的定義和添加已經(jīng)完成。接下來解釋 運行分析和查看結(jié)果的后處理工作了。五、運行

16、分析模型過程介紹模型的前處理工作全部完成后，剩下的工作就是后處理。由于 運行模型主要是軟件自動進行的大量計算，實際上只需要進行簡單 的操作即可。這一步主要是計算機的工作量比較大。具體操作步驟 如下： 選擇主菜單中的分析 運行分析荷載的組合是設(shè)計的一大關(guān)鍵，需選擇組合方式和依據(jù)的規(guī)范， 具體操作步驟如下：選擇主菜單中的結(jié)果 荷載組合，選擇“自動生 成(A)”，彈出“選擇荷載組合”，設(shè)計規(guī)范選擇“ JTJ021-89 ” 點擊確定，如圖23所示。圖23荷載組合的設(shè)置和依據(jù)規(guī)范的選擇以上兩步就完成了模型的運行分析和荷載的組合設(shè)置。六、后處理分析模型過程介紹有限元分析的后處理主要是查看計算結(jié)果，包括應(yīng)力和變形的 運行結(jié)果，以及分析是否建模出錯，也就是初步判斷結(jié)果的準(zhǔn)確 性。(1) 鋼箱梁單元的應(yīng)力結(jié)果:一o:m對耳詹劃i谿 弋：阿隹 細加恥4(2) 鋼箱梁單元的內(nèi)力結(jié)果:(3) 鋼箱梁單元的外力結(jié)果:(3)鋼箱梁單元的變形結(jié)果:七、后處理分析模型的最后一個階段，結(jié)果分析過程介紹1、整體穩(wěn)定驗算：2、局部穩(wěn)定驗算H0/tw=1100/50=22<150=123.8只需按構(gòu)造布置適當(dāng)縱向加勁肋。縱向加勁肋布置如圖1所示。3、