钢桥组合梁桥midas操作例题资料钢混组合梁.docx
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钢桥组合梁桥midas操作例题资料钢混组合梁
Civil＆CivilDesigner
二、钢混组合梁操作例题资料
1工程概况
本桥为某高速路联络线匝道桥中的一联，桥宽6m。
上部结构采用
38+33.5+37.5m钢混组合连续梁，下部结构桥墩为柱式。
主梁为单箱单室，梁高3.5m，预制高3.1m，钢箱底板厚50mm，上翼缘板厚50mm，腹板厚20mm，布置加劲肋。
钢材均采用Q345，分4段预制后现场采用高强螺栓拼接。
钢箱顶部混凝土桥面板厚0.2m，承托高0.2m，抗剪界面为c-c，采用
C50混凝土现浇；横隔板等设置距离详见图2所示
图1.1-1钢箱梁构造图
（一）
钢混组合梁操作例题资料
图1.1-2钢箱梁构造图
（二）
2建模步骤
2.1定义材料
特性＞材料特性值＞材料
图2.1-1材料定义
图2.1-2材料数据
公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/TD64-01-2015）桥梁设计，
需要定义组合材料，选择规范“JTGD6-42015（S）
2.2定义截面
特性＞截面特性值＞组合梁截面
组合梁截面支持“钢-箱型（Type1）”、“钢-I型（Type1）、“钢-槽型（Type1）”“钢-箱型（Type2）、“钢-I型（Type2）、“钢-槽型（Type2），共六种。
截面中可任意设置纵向加劲肋，支持“平板”、“T形”、“U肋”三种类型，截面特性值考虑了纵向加劲肋的影响。
图2.2-1截面数据
按照界面内辅助示意图，输入混凝土板和钢箱梁各段距离，顶底板、腹板厚度等。
输入Es/Ec（钢与混凝土弹性模量之比）、Ds/Dc（钢与混凝土容重之比）、Ps（钢梁泊松比）、Pc（混凝土板泊松比）、Ts/Tc（钢与混凝土线膨胀系数之比）。
点击“截面加劲肋”，进行加劲肋设置。
点击“定义加劲肋”，定义加劲肋尺寸，设置加劲肋布置位置及间距。
图2.2-2加劲肋布置数据
图2.2-3加劲肋截面数据
2.3建立结构模型
导入DXF文件：
Civil图标＞导入＞AutoCADDXF文件
图2.3-1导入DXF文件
曲线桥梁可以通过导入CAD线形的方法建立单元节点。
在支撑线处、截面变化位置处、加载荷载位置（隔板、横梁等）划分节点。
在Cad中根据上述内容分图层，Civil程序可以根据图层将导入的内容分组。
应该注意导入Cad图形的绘制单位应与Civil一致。
可绘制辅助线（支撑线、加载点等）
一并或分批导入，便于后续操作
图2.3-2图层与结构组
2.4边界条件设置
2.4.1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110开始。
其中114、115、120、121、125、127属于临时支座节点；其余为永久支座节点。
曲线上布置横向支座时，可选择“任意方向”，方向向量选择沿导入dxf文件中的“永久支撑线”节点方向。
图2.4-1支座节点
建立梁底约束：
边界＞一般支承
图2.4-2一般支承定义
建立永久支座：
边界＞弹性连接
图2.4-3永久支座弹性连接定义
建立临时支座梁底和梁顶约束：
边界＞弹性连接
图2.4-4临时支座梁底和梁顶约束定义
建立永久支座梁底和梁顶约束：
边界＞刚性连接
填写主梁上节点作为主节点号，通过“窗口选择”拾取从属节点号
图2.4-5永久支座梁底和梁顶约束定义
图2.5-2静力荷载
2.6钢束钢筋
荷载＞温度/预应力＞钢束特性
图2.6-1钢束特性
荷载＞温度/预应力＞钢束形状
钢束N1~N5，y（m）坐标值分别为2,1,0,-1,-2；在Civil中需要指定钢束在
组合截面中的位置。
施工阶段联合截面设置见2.9施工阶段
图2.6-2钢束形状及组合截面钢束位置
荷载＞温度/预应力＞钢束预应力
见2.5
特性＞截面管理器＞钢筋
混凝土板顶底布置两层钢筋，直径d16，保护层0.05m
图2.6-3钢筋布置
2.7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。
荷载＞移动荷载＞移动荷载规范
图2.7-1选择移动荷载规范
2.7.1定义车道
图2.7-2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。
荷载＞移动荷载＞交通车道线
2.7.2定义车辆
荷载＞移动荷载＞车辆
图2.7-3车道对话框
图2.7-4
车辆对话框
图2.7-5定义标准车辆荷载
图2.7-6定义疲劳荷载
2.7.3定义移动荷载工况
荷载＞移动荷载＞移动荷载工况
图2.7-7移动荷载工况对话框
图2.7-8定义移动荷载工况
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1.51，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2.7-9移动荷载分析控制数据
2.8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
图2.8-1
定义支座沉降
2.9定义施工阶段
荷载＞施工阶段＞定义施工阶段
图2.9-1定义施工阶段
根据表2.9.1激活钝化结构组、边界组和荷载组。
提示：
提前整理好各组，边界组还应该包含边界所在节点。
表2.9.1施工阶段
荷载＞施工阶段＞施工阶段联合截面
钢混组合梁随着施工阶段的变化，逐一架设钢箱和浇筑混凝土板，组合截面并不是
一次性形成的，需要定义施工阶段联合截面，即指定哪个施工阶段形成哪个截面。
图2.9-2
定义施工阶段联合截面
3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。
结合组合梁规范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。
分析＞运行分析
PSC/设计＞CDN＞创建新项目
图3-1分析结果导入设计平台
3.1CDN程序设置
选择组合梁规范，勾选设计选项设计＞规范＞设计规范设计＞规范＞设置
图3.1-1设计规范设置
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。
公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/TD64-01-2015）桥梁设计需要设置有效截面，混凝土桥面板的有效宽度按照第5.3条实现，钢梁的有效宽度按照JTGD64-2015中第5.1.7条~第5.1.9条实现。
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”表格中给出了叠合前、叠合后未开裂、叠合后开裂3种有效截面特性值。
叠合前有效截面含“毛截面”、“上部局稳剪力滞、下部剪力滞有效截面”、“上部剪力滞、下部局稳剪力滞有效截面”。
叠合后有效截面含“毛截面”、“上部剪力滞、下部剪力滞有效截面”、“上部剪力滞、下部局稳剪力滞有效截面”。
无论用
户是否将其添加至边界组，执行设计时程序自动按照规范选用对应的截面进行验算
图3.1-2跨度信息
对话框中，截面类型：
结构的截面类型选项；剪力连接件的距离b0：
外侧剪力连接件中心间的距离；比例系数：
对于计算出来的有效宽度乘于比例系数。
有效宽度乘于比例系数结果如果大于全宽的部分取全宽；考虑截面偏心：
是否考虑截面偏心。
图3.1-3跨度信息
图3.1-4有效截面特性值
设计＞荷载组合＞生成荷载组合可自动生成，类型主要有基本组合、频遇组合、准永久组合、挠度组合、倾覆组合、疲劳组合。
图3.1-5荷载组合
设计＞设计变量＞参数
工作树＞模型＞参数（勾选显示）
图3.1-6构件参数设置及显示
图3.1-7构件列表
设计＞设计变量＞倾覆
工作树＞模型＞倾覆轴（勾选显示）
点击自动生成，程序自动读取支座边界，自动生成空间倾覆轴线，用户也可添加。
根据规范选取正交、斜桥及弯桥移动荷载计算方式。
工作树中有倾覆轴线节点，勾选可显示。
图3.1-8倾覆设置及倾覆轴
设计＞设计变量＞疲劳设置疲劳细节参数。
图3.1-9疲劳细节设置
设计＞运行设计
图3.1-10
执行设计
3.2规范条款及验算原理
3.2.1短暂状况抗弯验算
《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/TD64-01-2015）7.2.1规定，抗弯验算应符合下列规定：
1计算组合梁抗弯承载力时，应考虑施工方法及顺序的影响，并应对施
工过程进行抗弯验算，施工阶段作用组合效应应符合现行《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60）的规定。
2组合梁截面抗弯承载力应采用线弹性方法进行计算，以截面上任意一点达到材料强度设计值作为抗弯承载力的标志，并应符合下列规定：
Md，i
i=ⅠWeff，i
7.2.1-1）
0（7.2.1-2）
式中：
i—变量，标示不同的应力计算阶段；其中，i=Ⅰ标示未形成组合梁截面（钢梁）的应力计算阶段，i=Ⅱ表示形成组合梁截面之后的应力计算阶段；
Md，i—对应不同应力计算阶段，作用于钢梁或组合梁截面的弯矩设计值（N·mm）；
Weff，i—对应不同应力计算阶段，钢梁或组合梁截面的抗弯模量（mm3）；
f—钢筋、钢梁或混凝土的强度设计值（MPa）。
3计算组合梁抗弯承载力时应考虑混凝土板剪力滞效应的影响。
4计算组合梁负弯矩区抗弯承载力时，如考虑混凝土开裂的影响，应不计负弯矩区混凝土的抗拉贡献，但应计入混凝土板翼缘有效宽度内纵向钢筋的作用。
针对规范，程序计算步骤及原理如下：
1、获取参数值γ0：
根据“设置”界面确定安全等级，从而确定γ0值。
Zi：
从截面中应力点对话框表格中获取8点位置：
混凝土板4点（C1，C2，C3，C4），钢梁4点（S1，S2，S3，S4）：
图3.2.1-1应力点
内力值：
获取Civil中叠合前各施工阶段加载荷载工况弯矩My1值与轴力
P1。
My2值与轴力
获取Civil中叠合后各施工阶段加载荷载工况弯矩P2（不包括My1及P1）。
有效截面特性值（Ae、Iyy,e、Izz,e、ez、ey等）：
当施工阶段为叠合前时，计算σb及σ。
t
NdMydzi
iA0Iyy
当σ当σ≥t0、σb<0时，采用“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”有效截面特性值。
其余情况，采用毛截面特性值。
当施工阶段为叠合后时，计算σb。
σb=（σ3+σ）4/2；（σ3、σ4直接获取civil中对应施工阶段总应力值）
当σb≥0时，采用“上部剪力滞、下部剪力滞”有效截面。
当σb<0时，采用“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”有效截面。
当桥面板计算类型为“预应力-B类”时，需要考虑开裂截面，根据计算位置，判断是否落在中支座两侧0.15L（截面可设置此数值）范围内。
（L为梁的跨径，从跨度信息中获取），0.15L（截面可设置此数值）范围内时，获取叠合后开裂截面特性值，其他位置，获取叠合后未开裂截面特性值。
f值：
混凝土桥面板，根据材料类型，直接获取fcd及ftd值。
钢梁，根据截面tf1（或t1）以及tf2（或t2），从内部材料库中获取对应的fd值。
2、计算原理
施工阶段为叠合前时，计算方法同JTGD64-2015，不再赘述。
施工阶段为叠合后时，施工阶段中各工况应力计算方法同持久状况抗弯验算，见3.2.2.
3.2.2持久状况抗弯验算
规范条款及参数获取同3.2.1短暂状况抗弯验算
1、荷载组合中各工况应力计算方法：
温度作用、收缩、徐变（从civil中获取以下公式中各部分应力，然后根据有效截面特性值折减计算）：
混凝土桥面板：
m=n1[AP0
nLA0L
M0
I0L
c
y0cL]
P0
Ac
钢梁：
其他工况：
（从civil
性值折减计算）
混凝土桥面板及钢梁：
2、总应力值计算：
i—应力计算点位，
及钢梁4个点
P0
A0L
M0
I0L
s
y0L
中获取各工况应力，然后根据有效截面特
ni
zi-ez，c/Ieff，yy，n
zi/Iyy，n
z，c
ΣimiΣini
联合前为钢梁4个点，联合后为混凝土板4个点以
σi—该荷载组合下所有工况*系数计算之和。
γi—荷载组合系数。
3、分别获取混凝土板及钢梁的4个点中最大、最小σ值钢梁：
σmax=maxσiσmin=minσi混凝土板：
σmax=maxσiσmin=minσi
4、结论
钢梁：
当γ0*|mσax|≤d，fγ0*|mσin|≤df时，验算结果OK，否则NG
混凝土板：
σmax≤0时，γ0*|mσax|≤fc，d验算结果OK，否则NG
σmin≤0时，γ0*|mσin|≤fc，d验算结果OK，否则NG。
σmax>0时，γ0*|mσax|≤ft，d验算结果OK，否则NGσmin>0时，γ0*|mσin|≤ft，d验算结果OK，否则NG。
3.2.3持久状况竖向抗剪验算
规范7.2.2组合梁的竖向抗剪承载力应按下列原则计算：
1组合梁竖向抗剪验算应按下式计算：
7.2.2-
Vvu=fvdAw
1）
7.2.2-2）
式中：
Vvd—组合梁的竖向剪力设计值（N）；
Vvu—组合梁的竖向抗剪承载力（N）；
Aw—钢梁腹板的截面面积（mm2）；
fvd—钢梁腹板的抗剪强度设计值（MPa）。
1.1fd
2组合梁承受弯矩和剪力共同作用时，应考虑两者耦合的影响，腹板最大折算应力应按下式验算：
7.2.2-3）
式中：
σ、τ—钢梁腹板同一点上同时产生的正应力、剪应力（MPa）；
fd—钢材抗拉强度设计值（MPa）；
针对规范，程序计算步骤及原理如下：
1、参数取值，除以下说明外，其余参考3.2.1.
zi、yi：
从截面中应力点对话框表格中获取6点位置：
（S5，S6，
S7，S8，S9，S10）：
中获取内力值：
从Civil
获取Civil中叠合前各施工阶段加载荷载工况弯矩Mx1值与轴力Pz1（Fz）值。
获取Civil叠合后各施工阶段加载荷载工况弯矩Mx2值（不包括Mx1，也不包括温度、收缩、徐变工况的内力）与轴力Pz2（Fz）（不包括Pz1，也不包括温度、收缩、徐变工况的内力）。
根据10个成分（Fx-min、Fx-max、Fz-min、Fz-max、Mx-min、Mx-max、My-min、My-max、Mz-min、Mz-max），分别获取每个组成同时发生的内力组。
2、承载力计算
计算σ：
i
各工况应力计算方法：
先按照“3.2.2持久状况抗弯验算”中应力折减计算方法计算S1、S2、S3、S4点的应力σm及σn。
然后需要用S1、S2、S3、S4点的应力，根据距离质心的距离插值计算腹板位置S5、S6、S7、S8、S9、S10的应力σm及σn。
总应力值计算：
Σimi
ini
i为应力计算点位，钢梁腹板6个点。
i为该荷载组合所有工况*系数计算之和。
γi为荷载组合系数。
计算τ：
按照下面公式计算S5、S6、S7、S8、S9、S10点的应力（取对应有效截面特性值参数）：
I字钢梁及槽型钢梁时，采用开口截面公式计算，箱型钢
梁时，采用闭口截面公式计算：
开口截面：
ⅡViSi=ⅠItw
闭口截面：
ViS+Ti
i=ⅠItwKt
V=Pz1或Pz2。
（叠合前或叠合后有效截面的内力值，注意此两部分内力需要乘以各自工况的组合系数）S，内部计算。
tw，从截面中根据验算位置获取对应的腹板厚度值。
I，根据判断，获取对应特性值。
Ti=Mx1或Mx2，（叠合前或叠合后有效截面的内力值，注意此两部分内力需要乘以各自工况的组合系数）。
Kt=2Am*tmin（Am为截面内闭合截面面积，参考PSC截面单箱单室计算。
tmin为截面最小厚度，包括闭合的顶板、底板、腹板最小厚度，参照参考PSC截面单箱单室计算。
）?
总剪应力值计算：
Σi
计算抗剪承载力Vvu：
Aw：
程序内部计算钢梁腹板的截面面积。
计算正应力和剪应力共同作用比值f：
fi=max
//i
i
5~10
3、结论
当γ0Vvd≤Vvd∪f≤1.1时，验算结果OK，否则NG
3.2.4持久状况纵向抗剪验算
纵向抗减验算主要参考规范条款是6.3.1~6.3.4和7.2.3.针对规范，程序计算步骤及原理如下：
1、参数取值
从Civil中获取内力值：
获取Civil荷载组合下轴力Pz（Fz）。
根据4个成分（Fz-min、Fz-max、Mz-min、Mz-max），分别获取每个组成同时发生的内力组。
纵向抗剪计算类型Cs：
构件参数中获取Cs=b-b，c-d，d-d。
纵向抗剪截面在垂直于主梁方向上的长度值bf：
构件参数中获取钢筋面积At、Ab、Abh：
从构件截面对话框抗剪钢筋信息中取。
S值，内部计算。
有效截面特性值Iyy：
计算σb。
σb（=σ3+σ）4/2；（σ3、σ4直接获取civil中对应荷载组合总应力值）
当σb≥时0，采用“上部剪力滞、下部剪力滞”有效截面。
当σb<0时，采用“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”截面。
当桥面板计算类型为“预应力-B类”时，需要考虑开裂截面，
根据计算位置，判断是否落在中支座两侧0.15L（截面可设置此数值）范围内。
（L为梁的跨径，从跨度信息中获取），0.15L（截面可设置此数值）范围内时，获取叠合后开裂截面特性值，其他位置，获取叠合后未开裂截面特性值。
be1、be2、beff：
be1=beff1
b0从有效截面界面参数获取。
beff1为混凝土板有效宽度，从有效截面中获取。
be2=beff2。
b0从有效截面界面参数获取。
beff2为混凝土板有效宽度，从有效截面中获取。
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