MIDAS迈达斯桥梁结构电算课程设计报告.docx

MIDAS迈达斯桥梁结构电算课程设计报告.docx

《MIDAS迈达斯桥梁结构电算课程设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MIDAS迈达斯桥梁结构电算课程设计报告.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

MIDAS迈达斯桥梁结构电算课程设计报告

结构电算课程设计

设计题目：

桥梁结构计算

学院：

轨道交通学院

专业：

交通工程

班级：

XXXXXXXX

学号：

XXXXXXXXXX

：

XXX

上海应用技术大学实践课程任务书

课程名称

结构电算课程设计

课程代码

B7150033

设计题目

桥梁结构计算

课程序号

1705150

设计时间

2017~2018第一学期第13周~第15周

系（院）

轨道交通学院

专业

交通工程

班级

XXXXXXXX

一、课程设计任务（条件）、具体技术参数（指标）

已知某桥上部结构为（20+4×25+20）m的混凝土连续板（图3），荷载等级为公路-Ⅱ级。

采用桥下满堂支架施工。

当连续板成桥后进行桥面现浇防水混凝土和沥青铺展层施工。

现不计外测护墙和内侧护栏基座的作用。

（1）试求连续板承载能力极限状态下0号墩～3号墩各墩顶截面，第1～3跨跨中截面的弯矩、剪力以及各支座的支承反力。

（2）现欲扩大桥下净宽，将原桥2号墩拆除，即对已建成的（20+4×25+20）m的连续板改建成20+50+2×25+20）m的连续板，上部结构恒载保持不变

（a）试求各控制截面的弯矩、剪力以及各支座反力设计值。

（b）试求各跨跨中挠度（恒载挠度、活载挠度）

（3）仍按

（2）的拆除2号墩方法，但在拆除2号墩之前，铲除原桥的沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土，试求各控制截面的恒载弯矩与各支座反力。

提示：

用梁单元进行建模，截面积A=4505475.8771mm2，周长L=30140.7517mm，惯性矩Ix=0.787m4，C40混凝土弹性模量E=3.3×1010Pa，沥青自重g1=13.455kN/m，C30混凝土自重g2=18.125kN/m，C40混凝土自重g3=121.635kN/m。

本题用MIDAS软件计算，必须提交输入说明，计算图式，节点单元划分，再提交结果。

图3（尺寸单位：

cm）

二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求）

要求有完整的设计计算书，计算书内容包括：

1、节点单元划分

2、计算参数

3、计算图式

4、计算结果。

三、课程设计工作进度计划：

2017.11.27~2017.11.29熟悉软件

2017.11.30~2017.12.6完成桥梁结构分析中的第1、2题

2017.12.7~2017.12.11完成桥梁结构分析中的第3题

2017.12.12~2017.12.14撰写课程设计报告

2017.12.15答辩

四、主要参考资料

MIDAS教程

指导教师（签名）：

教研室主任（签名）：

2017年12月15日2017年12月15日

一、建模过程

1工程介绍

1.1工程简介

已知某桥上部结构为（20+4×25+20）m的混凝土连续板（图1），荷载等级为公路-Ⅱ级。

当连续板成桥后进行桥面现浇防水混凝土和沥青铺展层施工。

现不计外测护墙和内侧护栏基座的作用。

图1（尺寸单位：

cm）

1.2施工方式

采用桥下满堂支架施工。

1.3设计资料

（1）沥青自重g1=13.455kN/m；

（2）C30防水混凝土自重g2=18.125kN/m；

（3）C40混凝土自重g3=121.635kN/m；

（4）二期恒载g4=13.455+18.125=31.58kN/m。

2模型建立

2.1定义材料和截面

2.1.1定义材料

此次桥梁设计用到的是C40混凝土，所以只需在材料中选择C40混凝土，相应的数值软件内都有的，不需要额外输入（图2）。

图2材料数据

2.1.2定义截面

设计书中的主梁截面为5个圆形，然而软件中并没有相对应的截面设计，因此需要把5个圆形替换成1个面积相等的矩形，而外部的轮廓尺寸还是按照原来的截面设计，只需要改变部分的内部轮廓尺寸。

S矩形=S圆=5πr²=5*π*40²=8000πcm²

BI1=BI3=5d/2=5*80/2=200cm=2m

HI3=S矩形/（2*BI1）=8000π/2/200=62.831cm=0.628m

HI1=1.2-0.628-0.21=0.362m

图3设计截面

2.2建立节点/单元

2.2.1建立节点

一般每个节点之间的间隔是2-3m，这次的桥梁的6个跨度分别是20m，25m，25m，25m，25m和20m。

为了操作方便，所以每个节点的间隔设计为2.5m，这样的话20m和25m分别是8个节点和10个节点。

于是总共140m长的桥梁就分为了57个节点（图4）。

图4节点平面图

2.2.2建立单元

每2个节点联结形成1个单元，最后得到了56个连续单元（图5）。

图5单元平面图

2.3组的定义

这时候定义组有利于施工阶段的分析，避免到后面做过多的修改。

2.3.1结构组的定义

结构>定义结构组>设计名称>添加，之后在菜单中把结构组作用在所有的节点上（图6）。

图6定义结构组

2.3.2边界组的定义

在第二问及第三问中，都需要把2号墩给拆掉，这说明了另外的0号墩，1号墩，3号墩，4号墩，5号墩和6号墩都是永久固定的，只有2号墩是一个临时墩，所以需要把2号墩设计成一个组，另外的6个墩墩要设计成另一个组加以区分（图7）。

图7定义边界组

2.3.3荷载组的定义

第三问中，在拆除2号墩之前，需要先铲除原桥的沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土，因此跟定义边界组一样，也需要把自重恒载和二期恒载分组（图8）。

图8定义荷载组

2.4添加边界条件

节点边界条件主要用于约束分析模型中选定节点的自由度，或者在缺少转动自由度的单元间的相互连接时，为防止刚度矩阵出现奇异，需要用边界条件来约束转动自由度。

其中跨中的墩支点需要固定2个自由度，其他的墩支点只需要固定1个自由度即可，同时也给7个墩分组（表1）。

节点

Dx

Dy

Dz

组

1

0

0

1

永久

9

0

0

1

永久

19

0

0

1

2号墩

29

1

0

1

永久

39

0

0

1

永久

49

0

0

1

永久

57

0

0

1

永久

表1添加边界条件

3施加静力荷载

3.1添加静力荷载工况

此次的桥梁设计只有两种静力荷载工况——自重和二期，自重就是桥梁本身自己的荷载，二期则是沥青混凝土和C30的防水混凝土的荷载（图9）。

图9静力荷载工况

3.2添加静力荷载（自重和二期恒载）

3.2.1自重施加 

①选择荷载工况和荷载组（自重）；

②添加自重系数为-1；

③全选所有单元并点击添加。

3.2.2二期恒载施加 

①选择荷载类型为梁单元荷载（单元）；

②选择荷载工况和荷载组（二期恒载）；

③选择整体坐标系下添加荷载-31.58kN/m,负号代表方向向下（与整体坐标系的Z轴相反）。

4施加移动荷载

4.1添加车辆等级

此次桥梁的荷载等级为公路-Ⅱ级，由于没有公路-Ⅱ级的车辆荷载数值，因此需要自定义车辆荷载，同时公路-Ⅱ级的车道荷载数值为公路-Ⅰ级的0.75倍（图10）。

qk=10.5*0.75=7.875kN/m;

Pk=270*0.75=202.5kN,L<=5m;

Pk=360*0.75=270kN,L>=50m。

图10车辆荷载

4.2添加车道

荷载>移动荷载>交通车道线>添加>设计名称,选择移动方向,跨度和节点,其中偏心距离为7.75/4=1.9375m，桥梁跨度为6个跨度中的最大值，所以为25m。

同时该桥梁设计的是双车道，因此需要添加2个车道，一个方向向前，另一个方向向后（图11）。

图11车道

4.3添加移动荷载工况

此次桥梁的移动荷载需要计算的是承载极限能力状态时下的情况，承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。

对应于结构或结构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，包括结构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体而失去平衡，在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等，所以这次添加的移动荷载工况需要加上所有的车道，以达到承载能力极限状态（图12）。

图12移动荷载工况

二、施工过程

模型建立完毕之后，该开始添加施工步骤了。

在荷载的施工阶段，可以定义施工步骤。

每一步的施工阶段可以选择施工项目和工况，还有添加的荷载。

针对不同的问题，可以设计不同的施工方案。

第一问是正常的施工方案，所以并不需要添加额外的施工步骤。

第二问需要将原来的2号墩拆除，其他的步骤并不要改变（图13）。

图13第二问的施工阶段

第三问跟第二问是同样的拆除2号墩方法，但在拆除2号墩之前，先要铲除原桥的沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土，但在拆完2号墩之后，沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土还需要重新添加回去（图14）。

图14第三问的施工阶段

三、数据结果

（1）试求连续板承载能力极限状态下0号墩～3号墩各墩顶截面，第1～3跨跨中截面的弯矩、剪力以及各支座的支承反力。

表2承载能力极限状态下各位置的弯矩和剪力表

位置

弯矩（单位：

kN·m）

剪力（单位：

kN）

0号墩墩顶截面

0

-1219.38

1号墩墩顶截面

-8397.46

-2076.66

2号墩墩顶截面

-8693.75

-2092.74

3号墩墩顶截面

-8560.75

-2083.95

第1跨跨中截面

6468.71

775.67

第2跨跨中截面

6914.36

307.10

第3跨跨中截面

6835.83

293.93

图15承载能力极限状态下各位置的弯矩图

图16承载能力极限状态下各位置的剪力图

表3承载能力极限状态下的支座反力表

位置

支承反力（单位：

kN）

0号墩

1886.051564

1号墩

5144.721758

2号墩

5194.744856

3号墩

5170.734319

4号墩

5194.744856

5号墩

5144.721670

6号墩

1886.051608

（2）现欲扩大桥下净宽，将原桥2号墩拆除，即对已建成的（20+4×25+20）m的连续板改建成20+50+2×25+20）m的连续板，上部结构恒载保持不变

（a）试求各控制截面的弯矩、剪力以及各支座反力设计值。

（b）试求各跨跨中挠度（恒载挠度、活载挠度）

表41/4截面的弯矩、剪力表

位置

弯矩（单位：

kN·m）

剪力（单位：

kN）

第1跨

-2159.87

902.95

第2跨

6649.28

-3224.61

第3跨

-22451.63

-3172.65

第4跨

3315.07

1817.41

第5跨

-6361.01

-2381.41

表5跨中截面的弯矩、剪力表

位置

弯矩（单位：

kN·m）

剪力（单位：

kN）

第1跨

-4862.60

1412.72

第2跨

28445.36

-808.07

第3跨

-8562.99

-1902.01

第4跨

9046.40

-548.71

第5跨

3702.89

-1363.45

表6支点截面的弯矩、剪力表

位置

弯矩（单位：

kN·m）

剪力（单位：

kN）

第1跨

0

20.45

第2跨

-26494.36

3459.17

第3跨

-22511.73

4643.66

第4跨

-2771.11

1297.19

第5跨

-5690.14

2592.95

图17第二问各