貴州大學鋼橋課程設計報告

1、-. z.鋼橋課程設計設計題目：兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的梁設計課程名稱：鋼橋學院：土木工程學院專業(yè)：橋梁與隧道工程班級：土木133 *：學生*：指導教師： 2016年12月9日設計成績評語年月日目錄Content一、鋼橋課程設計要到達的目的1二、設計資料及設計要求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，結果分析過程介紹20-. z.兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的梁設計一、鋼橋課程設計要到達的目的現(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，按構造傳力形式及橋型可分為斜拉橋、懸索橋和拱橋

2、，這些都是現(xiàn)代鋼橋的主要對象。這些橋的受力復雜，所以其全壽命周期設計必須依賴于計算機輔助CAD完成，目前主要是采用Midas/civil進展輔助設計，所以學習Midas/civil的根本使用是本課程設計的主要目標。另外，以簡單的兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的梁設計，就可以根本涵蓋建模、施加荷載、運行分析、結果查看和對照規(guī)*進展設計等環(huán)節(jié)，也會表達Midas/civil設計過程中的前處理和后處理的要求，所以本課程的設計時麻雀雖小五臟俱全。要求使用Midas/civil主要設計與分析該橋主梁，把設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、操作具體和數(shù)據(jù)明確等設計要求。二、設計資料

3、及設計要求1.橋梁簡介及設計參數(shù)本課程設計依托的是工程實例*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。橋梁的設計參數(shù)主要有以下幾點，沒有提及的按規(guī)*推薦取用或合理按照工程經歷選取。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，因兩側設有欄桿，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鋼箱梁橋的材料信息：根據(jù)CAD給定的圖紙可知，該橋主梁

4、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的荷載進展計算分析。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展分點表達，在每一個操作步驟前對該操作進展原理解釋，沒有解釋價值的操作步驟省略原理解釋。如下：1翻開并運行Midas Civil軟件，點擊新工程或快捷鍵Ctrl+N。操作步驟為：翻開文

5、件保存文件命名文件名命名為兩跨的鋼箱梁橋的梁設計點擊保存。2為了使從CAD中導入Midas Civil的D*F文件圖形的單位統(tǒng)一，所以需要設置單位，同時，單位體系設置也是建模必不可少的一步，表達前處理的設置要求。具體操作步驟為：將單位體系設置為N 和mm。3接下來設置材料特性，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，彈出材料數(shù)據(jù)對話框，設計類型欄里選擇鋼材，鋼材規(guī)*欄里選擇GB03S中國國家標準，鋼構造設計規(guī)* GB 50017-2003，數(shù)據(jù)庫欄里選擇Q345，其他為默認選擇，

6、然后點擊確認，并關閉材料和截面對話框，這樣就完成了建模采用的材料和設計依據(jù)的規(guī)*的選擇設置了，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，設置Force力的單位N，設置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置setting對話框5從AutoCAD中向Midas Civil導入模型截面圖形，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D*F類型文件，并命名為截面.D*F類型，選擇低版本，如2000版，并保存

7、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中導入D*F文件的具體操作步驟：選擇菜單File文件Import導入AutoCAD D*F,彈出對話框，選擇導入截面.D*F文件，點擊OK，如圖5所示。圖5 導入AutoCAD D*F文件對話框6計算截面的生成。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 截面特性計算設置截面生成對話框在Type選項里選擇Plane，單擊圖標工具欄里的按鈕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

8、工具欄里的按鈕Calculate Property，樹形菜單彈出如圖7所示的對話框，單擊圖標工具欄里的按鈕Select，然后框選截面，點擊按鈕Appy應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：單擊圖標工具欄里的按鈕E*port，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，導出.sec文件，在File Name里選擇文件保存路徑桌面，并命名為鋼箱梁設計截面.sec, 框選截面，點擊按鈕Apply應用即可完成，然后關閉Midas SPC程序。9模型建立的截面數(shù)據(jù)SPC導入

9、。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)導入對話框選擇設計截面設計用數(shù)值截面，名稱里輸入鋼橋截面，點擊截面數(shù)據(jù)從SPC導入，從桌面里導入鋼箱梁設計截面.sec，設計參數(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，單擊確認即可。最后關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*,y,z里分別輸入0,0,0、25750,0,0

10、、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)構造的實際約束情況進展邊界的理想化。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D

11、*，Dy，Dz，單項選擇節(jié)點2，點擊Dy，Dz，單項選擇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，且都把他們當做靜力荷載工況處理。同樣分以下幾點表達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，同理，分別添加橋面鋪裝系、溫

12、度的靜力荷載工況并點擊關閉，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，假設上下外表溫差7度，左右溫差相差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-T

13、1y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)*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，點擊確定并關閉車道對話框，如圖20 所示。圖20 人群荷載*圍的添加人群荷載規(guī)*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)*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

14、載規(guī)*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完成。接下來解釋運行分析和查看結果的后處理工作了。五、運行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展的大量計算，實際上只需要進展簡單的操作即可。這一步主要是計算機的工作量比擬大。具體操作步驟如下：選擇主菜單中的分析運行分析。荷載的組合是設計的一大關鍵，需選擇組合方式和依據(jù)的規(guī)*，具體操作步驟如下：選

15、擇主菜單中的結果荷載組合，選擇自動生成A，彈出選擇荷載組合，設計規(guī)*選擇JTJ021-89，點擊確定，如圖23所示。圖23 荷載組合的設置和依據(jù)規(guī)*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果，包括應力和變形的運行結果，以及分析是否建模出錯，也就是初步判斷結果的準確性。鋼箱梁單元的應力結果：2鋼箱梁單元的內力結果：3鋼箱梁單元的外力結果：3鋼箱梁單元的變形結果：七、后處理分析模型的最后一個階段，結果分析過程介紹1、整體穩(wěn)定驗算：根據(jù)鋼構造設計規(guī)*第條，h/b0=1200/3900=0.31=6，且l1/b0=21650/3900=5.5595(235/fy)=64.71, 故可不計算整體穩(wěn)定性，根據(jù)規(guī)*的構造要求滿足整體穩(wěn)定性。2、局部穩(wěn)定驗算根據(jù)鋼構造設計規(guī)*第和條，h0/tw=1