贵州大学钢桥课程设计.docx

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贵州大学钢桥课程设计

《钢桥》课程设计

设计题目：

两跨连续钢箱梁人行天桥的梁设计

课程名称：

《钢桥》

学院：

土木工程学院

专业：

桥梁与隧道工程

班级：

土木133

学号：

学生姓名：

指导教师：

2016年12月9日

设计成绩

评

语

年月日

Content

一、《钢桥》课程设计要达到的目的……………………………1

二、设计资料及设计要求………………………………………1

三、建模过程介绍………………………………………………2

四、给模型施加荷载过程介绍…………………………………11

五、运行分析模型过程介绍……………………………………16

六、后处理分析模型过程介绍…………………………………17

七、后处理分析模型的最后一个阶段，结果分析过程介绍……20

两跨连续钢箱梁人行天桥的梁设计

一、《钢桥》课程设计要达到的目的

现代钢桥按主梁划分为钢板梁桥、钢箱梁桥、钢桁梁桥和组合梁桥，按结构传力形式及桥型可分为斜拉桥、悬索桥和拱桥，这些都是现代钢桥的主要对象。

这些桥的受力复杂，所以其全寿命周期设计必须依赖于计算机辅助（CAD）完成，目前主要是采用Midas/civil进行辅助设计，所以学习Midas/civil的基本使用是本课程设计的主要目标。

另外，以简单的两跨连续钢箱梁人行天桥的梁设计，就可以基本涵盖建模、施加荷载、运行分析、结果查看和对照规范进行设计等环节，也会体现Midas/civil设计过程中的前处理和后处理的要求，所以本课程的设计时“麻雀虽小五脏俱全”。

要求使用Midas/civil主要设计与分析该桥主梁，把设计的理论思想和具体使用软件的步骤表述清楚，做到原理明白、思路清晰、操作具体和数据明确等设计要求。

二、设计资料及设计要求

1.桥梁简介及设计参数

本课程设计依托的是工程实例某市一座两跨连续钢箱梁人行天桥，跨径布置为+米。

桥梁的设计参数主要有以下几点，没有提及的按规范推荐取用或合理按照工程经验选取。

（1）钢箱梁桥的几何信息：

根据给定的CAD文件，桥最外围宽度是4000mm，因两侧设有栏杆，宽度为250mm，所以桥面全宽3500mm。

天桥为两跨连续箱形截面梁，跨径为257500+216500mm。

截面为单梁双室箱形截面，箱梁钢板厚度为50mm，双轴对称矩形截面，连腹板净高1100mm，全高1200mm，如图1所示。

图1钢箱梁截面几何尺寸

（2）钢箱梁桥的材料信息：

根据CAD给定的图纸可知，该桥主梁选用Q345钢。

（3）钢箱梁桥的荷载信息：

考虑人群荷载为m2。

自重是默认必须加以考虑的荷载，另外为了更符合工程实际情况，可自主考虑桥面系铺装荷载和温度荷载。

2.桥梁设计要求

按照给定的CAD图纸将该桥模型在MIDAS/Civil中建立有限元模型，其中可以只建出梁体，不建立墩柱模型，并按照要求施加相应的荷载进行计算分析。

三、建模过程介绍

建模过程为了贯彻原理明白、思路清晰、操作具体等要求，所以对建模的操作步骤进行分点叙述，在每一个操作步骤前对该操作进行原理解释，没有解释价值的操作步骤省略原理解释。

如下：

（1）打开并运行MidasCivil软件，点击新项目（或快捷键Ctrl+N）。

操作步骤为：

打开文件>保存文件>命名文件名（命名为“两跨的钢箱梁桥的梁设计”）>点击保存。

（2）为了使从CAD中导入MidasCivil的DXF文件图形的单位统一，所以需要设置单位，同时，单位体系设置也是建模必不可少的一步，体现前处理的设置要求。

具体操作步骤为：

将单位体系设置为“N”和“mm”。

（3）接下来设置材料特性，其地位同样是建模前处理的主要步骤。

具体操作步骤为：

从主菜单中选择特性>材料特性值（弹出“材料和截面”对话框，如图2所示）>材料。

图2“材料和截面”对话框

接下来再点击“添加”，弹出“材料数据”对话框，设计类型栏里选择“钢材”，钢材规范栏里选择“GB03（S）（中国国家标准，钢结构设计规范GB50017-2003）”，数据库栏里选择“Q345”，其他为默认选择，然后点击确认，并关闭材料和截面对话框，这样就完成了建模采用的材料和设计依据的规范的选择设置了，如图3所示。

图3“材料数据”对话框

（4）需要计算箱形梁的截面特性。

先设置单位的统一，具体操作步骤为：

选择主菜单工具>截面特性计算器,弹出“Setting”对话框，设置Force（力）的单位N，设置Length（长度）的单位mm，点击OK，如图4所示。

图4截面特性计算器单位设置（setting）对话框

（5）从AutoCAD中向MidasCivil导入模型截面图形，首先要用直线段在AutoCAD中绘制箱形梁截面图形，并把只有该图形的AutoCAD文件保存为DXF类型文件，并命名为“截面.DXF”类型，选择低版本，如2000版，并保存在桌面上。

由于具体操作过程在AutoCAD上完成，所以省略操作步骤。

在MidasCivil中导入DXF文件的具体操作步骤：

选择菜单File（文件）>Import（导入）>AutoCADDXF,弹出对话框，选择导入“截面.DXF”文件，点击OK，如图5所示。

图5导入AutoCADDXF文件对话框

（6）计算截面的生成。

具体操作步骤为：

选择树形菜单Section>Generate，弹出如图6所示对话框。

图6截面特性计算设置截面生成对话框

在“Type”选项里选择“Plane”，单击图标工具栏里的按钮Select，然后框选截面，再点击树形菜单里的按钮Apply（应用），完成截面的生成。

（7）截面特性的计算。

具体操作步骤为：

单击图标工具栏里的按钮CalculateProperty，树形菜单弹出如图7所示的对话框，单击图标工具栏里的按钮Select，然后框选截面，点击按钮Appy（应用）完成截面特性计算。

图7截面计算对话框

（8）保存截面计算文件，并输出。

具体操作步骤为：

单击图标工具栏里的按钮Export，树形菜单弹出如图8所示的对话框。

图8SPC截面特性计算数据图形文件保存输出对话框

选择“MIDASSectionFile”文件，导出.sec文件，在FileName里选择文件保存路径桌面，并命名为“钢箱梁设计截面.sec”,框选截面，点击按钮Apply（应用）即可完成，然后关闭MidasSPC程序。

（9）模型建立的截面数据SPC导入。

具体操作步骤为：

在主菜单里选择特性>截面特性值，点击添加弹出如图9所示对话框。

图9截面数据导入对话框

选择设计截面>设计用数值截面，名称里输入“钢桥截面”，点击截面数据>从SPC导入，从桌面里导入“钢箱梁设计截面.sec”，设计参数T1输入50,、T2输入50、BT输入3850，HT输入1150，T1、T2、BT、HT具体含义见对话框示意图，单击确认即可。

最后关闭材料和截面对话框，回到主界面。

（10）建立钢箱梁模型的节点和单元，这也就是有限元分析的有限单元的划分。

具体操作步骤为：

在主菜单中节点/单元>建立节点，弹出树形菜单如图10所示。

图10节点建立对话框

在坐标（x,y,z）里分别输入（0,0,0）、（25750,0,0）、（47400,0,0），并分别点击“适用（A）”按钮。

再在树形菜单中选择“分割节点”，如图11所示。

图11划分节点间分析单元数对话框

分割数量输入24，分割的节点号为1,2号，点击“适用（A）”按钮，同理，在分割数量输入18，分割的节点号为2,3号，点击“适用（A）”按钮，完成节点建立，如图12所示。

图12完成节点建立效果图

（11）建立有限单元。

具体操作步骤为：

在树形菜单中选择“单元”，在节点连接框里点击节点1,3完成单元建立，如图13所示。

图13单元的建立图14边界条件的处理

（12）边界条件的处理，对于支承点的6个自由度，根据结构的实际约束情况进行边界的理想化。

具体步骤为：

在树形菜单中选择边界条件>一般支承，如图14所示，点击Dx，Dy，Dz，单选节点2，点击Dy，Dz，单选1,3号节点，完成边界条件建立，如图15所示。

图15箱形梁边界条件的处理示意图

通过以上12个步骤，箱形梁的模型已经建立了。

接下来就是前处理的最后一个步骤，施加荷载。

四、给模型施加荷载过程介绍

给模型施加荷载是有限元分析前处理的紧接模型的另一个重要步骤。

再此主要考虑的荷载有钢箱梁桥的自重，桥面铺装和人群荷载，且都把他们当做静力荷载工况处理。

同样分以下几点叙述其原理和具体操作步骤。

（1）完成荷载的定义，包括种类和工况的选择。

具体操作步骤为：

在树形菜单中选择荷载>静力荷载工况，名称输入“钢箱梁自重”，类型选择“恒荷载”，点击添加，同理，分别添加“桥面铺装系”、“温度”的静力荷载工况并点击关闭，如图16所示。

图16静荷载的定义及工况选择

（2）添加定义好的荷载。

具体操作步骤为：

在荷载中选择“自重”，荷载工况名称中选择“钢箱梁自重”，自重系数z中输入-1，操作按钮里点击添加，完成箱梁的自重荷载添加，如图17所示。

图17钢箱梁自重荷载的添加

（3）桥面系荷载的添加。

具体操作步骤为：

在荷载中选择“梁单元荷载（连续）”，荷载工况名称选择“桥面铺装系”，w中输入“-12”，加载区间（两点）选择1,3两点，如图18所示。

图18桥面铺装系荷载的添加

（4）温度荷载的添加，假设上下表面温差7度，左右温差相差3度。

具体操作步骤为：

在荷载中选择，荷载工况名称选择“温度”，温度梯度T2z-T1z输入“7”，温度梯度T2y-T1y输入“3”，如图19所示。

图19温度荷载的添加

（5）人群荷载的施加。

具体操作步骤为：

从主菜单中选择荷载>移动荷载>移动荷载规范选择China，点击交通车道线弹出“车道”对话框，点击添加弹出“车道”对话框，车道名称输入“人行天桥道面”，车辆荷载的分布选择“车道单元”，车轮间距输入“3500”，桥梁跨度输入“47400”，选择“两点”分别为（0,0,0）和（47400,0,0），点击确定并关闭“车道”对话框，如图20所示。

图20人群荷载范围的添加

人群荷载规范的选择。

点击按钮“车辆”弹出“车辆”对话框，选择用户定义（U）弹出“用户定义的车辆荷载”对话框，荷载类型选择“人群荷载”，规范选择“新公路人群荷载类型”，车辆荷载名称输入“人群荷载”，如图21所示。

图21人群荷载规范的选择和数值的输入

人群荷载的添加。

具体操作步骤为：

选择“移动荷载工况”添加，荷载工况名称输入“人群荷载”，点击添加弹出“子荷载工况”，将“人行天桥道面”添加到“选择的车道”中，点击确定，如图22所示。

图22人群荷载的添加

通过以上5个步骤，荷载的定义和添加已经完成。

接下来解释运行分析和查看结果的后处理工作了。

五、运行分析模型过程介绍

模型的前处理工作全部完成后，剩下的工作就是后处理。

由于运行模型主要是软件自动进行的大量计算，实际上只需要进行简单的操作即可。

这一步主要是计算机的工作量比较大。

具体操作步骤如下：

选择主菜单中的分析>运行分析。

荷载的组合是设计的一大关键，需选择组合方式和依据的规范，具体操作步骤如下：

选择主菜单中的结果>荷载组合，选择“自动生成（A）”，弹出“选择荷载组合”，设计规范选择“JTJ021-89”，点击确定，如图23所示。

图23荷载组合的设置和依据规范的选择

以上两步就完成了模型的运行分析和荷载的组合设置。

六、后处理分析模型过程介绍

有限元分析的后处理主要是查看计算结果，包括应力和变形的运行结果，以及分析是否建模出错，也就是初步判断结果的准确性。

（1）钢箱梁单元的应力结果：

（2）钢箱梁单元的内力结果：

（3）钢箱梁单元的外力结果：

（3）钢箱梁单元的变形结果：

七、后处理分析模型的最后一个阶段，结果分析过程介绍

1、整体稳定验算：

根据《钢结构设计规范》第条，h/b0=1200/3900=<=6，且l1/b0=21650/3900=<95（235/fy）=,故可不计算整体稳定性，根据规范的构造要求满足整体稳定性。

2、局部稳定验算

根据《钢结构设计规范》第和条，h0/tw=1100/50=22<80=66,需配置横向加劲肋，H0/tw=1100/50=22<150=只需按构造布置适当纵向加劲肋。

纵向加劲肋布置如图1所示。

3、挠度计算

根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》对结构和构件的变形控制，天桥

上部由人群荷载计算的最大竖向挠度容许值＝l/600。

根据计算最大挠度为＜25750/600＝43mm，故结构挠度验算满足要求，如图所示。

4、应力验算

根据《钢结构设计规范》按基本组合验算结构的强度：

图中可知主梁最大正应力为,满足规范要求。