钢桥组合梁桥midas操作例题资料钢混组合梁.docx

1、钢桥组合梁桥midas操作例题资料钢混组合梁Civil Civil Designer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

2、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/T D64-01-2015）桥梁设计，需要定义组合材料，选择规范“JTG D6-42015（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

3、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AutoCAD DXF 文件图 2.3-1 导入 DXF 文件曲线桥梁可以通过导入 CAD

4、 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 11

5、4、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

6、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 N1N5，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

7、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 和疲劳模型的验算。疲劳 模型需要做正交异性板的细部分析， 进行纵横向验算， 故应采用 midas FEA 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

8、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

9、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

10、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 Civil Designer 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 Civil Designer 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

11、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/T D64-01-2015)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 JTG D64-2015 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

12、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

13、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

14、范 （JTG/T D64-01-2015）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（JTG D60）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， ii= Weff ，i7.2.1-1)0 （ 7.2.1-2）式中： i变量，标示不同的应力计算阶段；其中， i=标示未形成组合 梁截面（钢梁）的应力计算阶段， i=表示形成组合梁截面之 后的应力计算阶段；Md，i对应不

15、同应力计算阶段，作用于钢梁或组合梁截面的弯矩设 计值（ Nmm）；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 0：根据“设置”界面确定安全等级，从而确定 0 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（

16、 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、 I zz,e、ez、 ey 等）： 当施工阶段为叠合前时，计算 b及 。tNd M yd zii A0 I yy当 t0、b0时，采用“上部局稳剪力滞、下部剪力滞”有效截面 特性值。当 t0、b0 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 b。 b

17、=（ 3+）4/2；（3、 4直接获取 civil 中对应施工阶段总应力值）当 b 0 时，采用 “上部剪力滞、下部剪力滞”有效截面。当 b0时，0*|max| ft，d验算结果 OK，否则 NG min0 时， 0*|min | 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 =f vdAw1)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（

18、 MPa）。1.1fd2 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： 、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

19、（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 ：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 m及 n。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、S

20、7、 S8、S9、S10 的应力 m及 n。 总应力值计算： i mii nii 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。i为荷载组合系数。计算 ：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： ViS i= It w闭口截面：ViS+ Tii= It w KtV= 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

21、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：i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/ii5103、结论当 0VvdVvdf 1.1时，验算结果 OK，否则 NG3.2.4持久状况纵向抗剪验算纵向

22、抗减验算主要参考规范条款是 6.3.16.3.4 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 b。b（= 3+）4/2；（ 3、

23、4直接获取 civil 中对应荷载组合 总应力值）当 b时0，采用 “上部剪力滞、下部剪力滞 ”有效截面。 当 b 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=beff1b0 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。