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贵州大学钢桥课程设计.doc

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1、 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: 钢桥课程设计2016 年 12 月 9 日设计成绩评语年 月 日目录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201两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

2、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

3、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2桥,跨径布置为 25.75+21.65 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

4、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 5.0kN/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3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

5、价值的操作步骤省略原理解释。如下:(1)打开并运行 Midas Civil 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 Midas Civil 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。4图 2 “材料

6、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 GB 50017-2003) ”,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。5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6框,设置 Force(力)的单位 N,设置 Length(长度)的单位 mm,点击 OK,如图 4

7、所示。图 4 截面特性计算器单位设置(setting)对话框(5)从 AutoCAD 中向 Midas Civil 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。7在 Midas Civil 中导入 DXF 文件的具体操作步骤:选择菜单File(文件)Import(导入)AutoCAD DXF,弹出对话框,选择导入“截面.DXF”文件,点击 OK,如图 5 所示。图

8、5 导入 AutoCAD DXF 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SectionGenerate,弹出如图 6 所示对话框。8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 Calculate Property,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。9图 7 截面计算对话

9、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 8 SPC 截面特性计算数据图形文件保存输出对话框选择“MIDAS Section File”文件,导出.sec 文件,在 File Name 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 Midas SPC程序。10(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

10、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。11(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

11、菜单中选择“分割节点” ,如图 11 所示。12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。13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

12、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14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

13、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。 15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。16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

14、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。17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

15、定并关闭“车道”对话框,如图 20 所示。18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。19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” ,20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

16、。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21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。22六、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:23(2)钢箱梁单元的内力结果:24(3)钢箱梁单元的外力结果:(3)钢箱梁单元的变形结果:

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