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）钢混组合梁操作例题资料2建模步骤2.1定义材料特性材料特性值材料图2.1-1材料定义钢混组合梁操作例题资料图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“JTGD64-2015(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。钢混组合梁操作例题资料图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。钢混组合梁操作例题资料图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文件钢混组合梁操作例题资料图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图层与结构组钢混组合梁操作例题资料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：边界一般支承钢混组合梁操作例题资料图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钢混组合梁操作例题资料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钢混组合梁操作例题资料2.5静力荷载的定义组合梁横隔板重量按节点荷载添加在自重荷载工况下。混凝土铺装、护栏添加在二期荷载工况下。混凝土桥面板湿重可作为梁单元荷载施加。按混凝土和钢材弹性模量和线膨胀系数设置温度梯度，考虑整体升温、整体降温。荷载静力荷载静力荷载工况图2.5-1荷载工况定义荷载静力荷载自重、节点荷载、梁单元荷载荷载温度/预应力钢束预应力、梁截面温度钢混组合梁操作例题资料图2.5-2静力荷载钢混组合梁操作例题资料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钢混组合梁操作例题资料荷载温度/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钢混组合梁操作例题资料图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钢混组合梁操作例题资料图2.7-3车道对话框2.7.2定义车辆荷载移动荷载车辆图2.7-4车辆对话框钢混组合梁操作例题资料图2.7-5定义标准车辆荷载图2.7-6定义疲劳荷载2.7.3定义移动荷载工况钢混组合梁操作例题资料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钢混组合梁操作例题资料图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定义支座沉降钢混组合梁操作例题资料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钢混组合梁操作例题资料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钢混组合梁操作例题资料图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”。无论用钢混组合梁操作例题资料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跨度信息钢混组合梁操作例题资料图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荷载组合钢混组合梁操作例题资料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。钢混组合梁操作例题资料图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疲劳细节设置钢混组合梁操作例题资料设计运行设计图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：Ⅱd，ii=Ⅰeff，i=MW（7.2.1-1）0f（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）；钢混组合梁操作例题资料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。获取Civil中叠合后各施工阶段加载荷载工况弯矩My2值与轴力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σt。钢混组合梁操作例题资料ddi0yiyyMzNAI当σt＜0、σb≥0时，采用“上部局稳剪力滞、下部剪力滞”有效截面特性值。当σt≥0、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