貴州大學(xué)鋼橋課程設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
貴州大學(xué)鋼橋課程設(shè)計(jì)_第2頁(yè)
貴州大學(xué)鋼橋課程設(shè)計(jì)_第3頁(yè)
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1、鋼橋課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目: 兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的梁設(shè)計(jì)課程名稱:鋼橋?qū)W院:土木工程學(xué)院專業(yè):橋梁與隧道工程班級(jí):土木133學(xué) 號(hào):學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:2016年12月9日設(shè)計(jì)成績(jī)目錄Content一、 鋼橋課程設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的 1二、設(shè)計(jì)資料及設(shè)計(jì)要求 1三、建模過(guò)程介紹 2四、給模型施加荷載過(guò)程介紹 11五、 運(yùn)行分析模型過(guò)程介紹 16六、 后處理分析模型過(guò)程介紹 17七、 后處理分析模型的最后一個(gè)階段,結(jié)果分析過(guò)程介紹20兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的梁設(shè)計(jì)一、鋼橋課程設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的現(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,按結(jié)構(gòu)傳力形式及橋型可分為斜拉橋、懸索橋和拱橋,這

2、些 都是現(xiàn)代鋼橋的主要對(duì)象。這些橋的受力復(fù)雜,所以其全壽命周期 設(shè)計(jì)必須依賴于計(jì)算機(jī)輔助(CAD完成,目前主要是采用 Midas/civil 進(jìn)行輔助設(shè)計(jì),所以學(xué)習(xí) Midas/civil 的基本使用是本 課程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。另外,以簡(jiǎn)單的兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天橋的 梁設(shè)計(jì),就可以基本涵蓋建模、施加荷載、運(yùn)行分析、結(jié)果查看和 對(duì)照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié),也會(huì)體現(xiàn) Midas/civil 設(shè)計(jì)過(guò)程中的前 處理和后處理的要求,所以本課程的設(shè)計(jì)時(shí)“麻雀雖小五臟俱全”。 要求使用 Midas/civil 主要設(shè)計(jì)與分析該橋主梁,把設(shè)計(jì)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

3、體和數(shù)據(jù)明確等設(shè)計(jì)要求。二、設(shè)計(jì)資料及設(shè)計(jì)要求1. 橋梁簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)參數(shù)本課程設(shè)計(jì)依托的是工程實(shí)例某市一座兩跨連續(xù)鋼箱梁人行天 橋,跨徑布置為 25.75+21.65 米。橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有以下幾點(diǎn), 沒有提及的按規(guī)范推薦取用或合理按照工程經(jīng)驗(yàn)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(cè)設(shè)有欄桿,寬度為250mm所以橋面全寬 3500mm天橋?yàn)閮煽邕B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(duì)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

4、梁橋的材料信息:根據(jù) CAD給定的圖紙可知,該橋主 梁選用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(rèn)必須加以考慮的荷載,另外為了更符合工程實(shí)際情況,可自主 考慮橋面系鋪裝荷載和溫度荷載。2. 橋梁設(shè)計(jì)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(yīng) 的荷載進(jìn)行計(jì)算分析。三、建模過(guò)程介紹 建模過(guò)程為了貫徹原理明白、思路清晰、操作具體等要求,所 以對(duì)建模的操作步驟進(jìn)行分點(diǎn)敘述,在每一個(gè)操作步驟前對(duì)該操作 進(jìn)行原理解釋,沒有解釋價(jià)值的操作步驟省略原理解釋。如下:( 1 )打開

5、并運(yùn)行 Midas Civil 軟件,點(diǎn)擊新項(xiàng)目(或快捷鍵 Ctrl+N )。操作步驟為:打開文件 保存文件 命名文件名(命名為 “兩跨的鋼箱梁橋的梁設(shè)計(jì)”) 點(diǎn)擊保存。(2)為了使從CAD中導(dǎo)入Midas Civil的DXF文件圖形的單位 統(tǒng)一,所以需要設(shè)置單位,同時(shí),單位體系設(shè)置也是建模必不可少 的一步,體現(xiàn)前處理的設(shè)置要求。具體操作步驟為:將單位體系設(shè) 置為“ N ”和“ mm”。(3)接下來(lái)設(shè)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(duì)話框,如圖 2 所示) 材料。圖 2 “材料和截面”對(duì)話框 接下來(lái)再點(diǎn)擊“添加

6、”,彈出“材料數(shù)據(jù)”對(duì)話框,設(shè)計(jì)類型欄里選擇“鋼材”,鋼材規(guī)范欄里選擇“ GBO(S)(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn), 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017-2003) ”,數(shù)據(jù)庫(kù)欄里選擇“ Q345,其 他為默認(rèn)選擇,然后點(diǎn)擊確認(rèn),并關(guān)閉材料和截面對(duì)話框,這樣就 完成了建模采用的材料和設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范的選擇設(shè)置了,如圖 3 所 示。圖 3 “材料數(shù)據(jù)” 對(duì)話框( 4)需要計(jì)算箱形梁的截面特性。先設(shè)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(jì)算器 , 彈出“ Setting ”對(duì)話 框,設(shè)置Force (力)的單位N,設(shè)置Length (長(zhǎng)度)的單位mm點(diǎn) 擊OK如圖4所示。圖 4 截面特性計(jì)算器單位設(shè)

7、置( setting )對(duì)話框(5)從AutoCAD中向Midas Civil導(dǎo)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DXF類型文件,并命名為“截面.DXF”類 型,選擇低版本,如 2000版,并保存在桌面上。由于具體操作過(guò) 程在AutoCAD上完成,所以省略操作步驟。在Midas Civil中導(dǎo)入DXF文件的具體操作步驟:選擇菜單File (文件)lmport (導(dǎo)入)AutoCAD DXF彈出對(duì)話框,選擇導(dǎo)入“截面.DXF”文件,點(diǎn)擊OK如圖5所示。圖 5 導(dǎo)入 AutoCAD DXF 文件對(duì)話框(6)計(jì)算截面的生成

8、。具體操作步驟為:選擇樹形菜單SectionGenerate ,彈出如圖 6 所示對(duì)話框。圖 6 截面特性計(jì)算設(shè)置截面生成對(duì)話框在“ Type”選項(xiàng)里選擇“ Plane”,單擊圖標(biāo)工具欄里的按鈕 Select,然后框選截面,再點(diǎn)擊樹形菜單里的按鈕Apply (應(yīng)用),完成截面的生成。( 7)截面特性的計(jì)算。具體操作步驟為:?jiǎn)螕魣D標(biāo)工具欄里的 按鈕 Calculate Property ,樹形菜單彈出如圖 7 所示的對(duì)話框,單 擊圖標(biāo)工具欄里的按鈕Select,然后框選截面,點(diǎn)擊按鈕 Appy (應(yīng) 用)完成截面特性計(jì)算。圖 7 截面計(jì)算對(duì)話框( 8)保存截面計(jì)算文件,并輸出。具體操作步驟為:?jiǎn)?/p>

9、擊圖標(biāo) 工具欄里的按鈕 Export ,樹形菜單彈出如圖 8 所示的對(duì)話框。圖 8 SPC 截面特性計(jì)算數(shù)據(jù)圖形文件保存輸出對(duì)話框選擇“ MIDAS Section File ”文件,導(dǎo)出 .sec 文件,在 File Name!選擇文件保存路徑桌面,并命名為“鋼箱梁設(shè)計(jì)截面.sec ” ,框選截面,點(diǎn)擊按鈕Apply (應(yīng)用)即可完成,然后關(guān)閉 Midas SPC 程序。(9)模型建立的截面數(shù)據(jù)SPC導(dǎo)入。具體操作步驟為:在主菜 單里選擇特性 截面特性值,點(diǎn)擊添加彈出如圖 9所示對(duì)話框。圖 9 截面數(shù)據(jù)導(dǎo)入對(duì)話框選擇設(shè)計(jì)截面 設(shè)計(jì)用數(shù)值截面,名稱里輸入“鋼橋截面”,點(diǎn)擊截 面數(shù)據(jù)從 SPC導(dǎo)

10、入,從桌面里導(dǎo)入“鋼箱梁設(shè)計(jì)截面.sec ”,設(shè)計(jì) 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(duì)話框示意圖,單擊確認(rèn)即可。最后關(guān)閉材料和 截面對(duì)話框,回到主界面。( 10)建立鋼箱梁模型的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)/ 單元 建立節(jié)點(diǎn),彈出樹形菜單如圖 10 所示。圖 10 節(jié)點(diǎn)建立對(duì)話框在坐標(biāo)( x,y,z )里分別輸入( 0,0,0 )、( 25750,0,0 )、(47400,0,0 ),并分別點(diǎn)擊“適用(A)”按鈕。再在樹形菜單中選擇“分割節(jié)點(diǎn)”,如圖 11

11、所示。圖 11 劃分節(jié)點(diǎn)間分析單元數(shù)對(duì)話框分割數(shù)量輸入 24,分割的節(jié)點(diǎn)號(hào)為 1,2 號(hào),點(diǎn)擊“適用( A)” 按鈕,同理,在分割數(shù)量輸入 18,分割的節(jié)點(diǎn)號(hào)為 2,3 號(hào),點(diǎn)擊 “適用(A)”按鈕,完成節(jié)點(diǎn)建立,如圖12所示。圖 12 完成節(jié)點(diǎn)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(diǎn)連接框里點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn) 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(duì)于支承點(diǎn)的 6 個(gè)自由度,根據(jù)結(jié)構(gòu)的 實(shí)際約束情況進(jìn)行邊界的理想化。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(diǎn)擊Dx,

12、 Dy, Dz,單選節(jié)點(diǎn)2, 點(diǎn)擊Dy, Dz,單選1,3號(hào)節(jié)點(diǎn),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(guò)以上 12個(gè)步驟,箱形梁的模型已經(jīng)建立了。接下來(lái)就是前 處理的最后一個(gè)步驟,施加荷載。四、給模型施加荷載過(guò)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(gè)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(dāng)做靜力荷載工況處理。同樣分以下幾點(diǎn)敘述其原 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(diǎn)擊添加,同

13、理,分別添加“橋面鋪裝系”、 “溫度”的靜力荷載工況并點(diǎn)擊關(guān)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(diǎn)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?jiǎn)卧奢d(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(diǎn))選擇 1,3 兩點(diǎn),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(shè)上下表面溫差 7 度,左右溫差

14、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-T1y 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(dòng)荷載 移動(dòng)荷載規(guī)范選擇 China ,點(diǎn)擊交通車道線彈出“車道” 對(duì)話框,點(diǎn)擊添加彈出“車道”對(duì)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(diǎn)”分別為( 0,0,0 ) 和( 47400,0,0 ),點(diǎn)擊確定并關(guān)閉“車道”對(duì)話框,如圖 20 所示。圖 2

15、0 人群荷載范圍的添加 人群荷載規(guī)范的選擇。點(diǎn)擊按鈕“車輛”彈出“車輛”對(duì)話框, 選擇用戶定義(U)彈出“用戶定義的車輛荷載”對(duì)話框,荷載類型 選擇“人群荷載”,規(guī)范選擇“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 人群荷載規(guī)范的選擇和數(shù)值的輸入人群荷載的添加。具體操作步驟為:選擇“移動(dòng)荷載工況”添 加,荷載工況名稱輸入“人群荷載”,點(diǎn)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(diǎn)擊確定, 如圖 22 所示。圖 22 人群荷載的添加通過(guò)以上 5個(gè)步驟,荷載的定義和添加已經(jīng)完成。接下來(lái)解釋 運(yùn)行分析和查看結(jié)果的后處理工作了。五、運(yùn)行

16、分析模型過(guò)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(yùn)行模型主要是軟件自動(dòng)進(jìn)行的大量計(jì)算,實(shí)際上只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單 的操作即可。這一步主要是計(jì)算機(jī)的工作量比較大。具體操作步驟 如下: 選擇主菜單中的分析 運(yùn)行分析荷載的組合是設(shè)計(jì)的一大關(guān)鍵,需選擇組合方式和依據(jù)的規(guī)范, 具體操作步驟如下:選擇主菜單中的結(jié)果 荷載組合,選擇“自動(dòng)生 成(A)”,彈出“選擇荷載組合”,設(shè)計(jì)規(guī)范選擇“ JTJ021-89 ” 點(diǎn)擊確定,如圖23所示。圖23荷載組合的設(shè)置和依據(jù)規(guī)范的選擇以上兩步就完成了模型的運(yùn)行分析和荷載的組合設(shè)置。六、后處理分析模型過(guò)程介紹有限元分析的后處理主要是查看計(jì)算結(jié)果,包括應(yīng)力和變形的 運(yùn)行結(jié)果,以及分析是否建模出錯(cuò),也就是初步判斷結(jié)果的準(zhǔn)確 性。(1) 鋼箱梁?jiǎn)卧膽?yīng)力結(jié)果:一o:m對(duì)耳詹劃i谿 弋:阿隹 細(xì)加恥4(2) 鋼箱梁?jiǎn)卧膬?nèi)力結(jié)果:(3) 鋼箱梁?jiǎn)卧耐饬Y(jié)果:(3)鋼箱梁?jiǎn)卧淖冃谓Y(jié)果:七、后處理分析模型的最后一個(gè)階段,結(jié)果分析過(guò)程介紹1、整體穩(wěn)定驗(yàn)算:2、局部穩(wěn)定驗(yàn)算H0/tw=1100/50=22<150=123.8只需按構(gòu)造布置適當(dāng)縱向加勁肋??v向加勁肋布置如圖1所示。3、

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