結(jié)構(gòu)電算課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)題目：橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

學(xué)院：軌道交通學(xué)院

專業(yè)：交通工程

班級(jí)：XXXXXXXX

學(xué)號(hào):XXXXXXXXXX

姓名：XXX

上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)實(shí)踐課程任務(wù)書

課程名稱結(jié)構(gòu)電算課程設(shè)計(jì)課程代碼B7150033

設(shè)計(jì)題目橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算課程序號(hào)1705150

設(shè)計(jì)時(shí)間2017?2018第一學(xué)期第13周?第15周

系（院）軌道交通學(xué)院專業(yè)交通工程班級(jí)XXXXXXXX

一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（條件）、具體技術(shù)參數(shù)（指標(biāo)）

已知某橋上部結(jié)構(gòu)為（20+4X25+20）m的混凝土連續(xù)板（圖3）,荷載等級(jí)為公路-

II級(jí)。采用橋下滿堂支架施工。當(dāng)連續(xù)板成橋后進(jìn)行橋面現(xiàn)澆防水混凝土利瀝青鋪展層

施工?，F(xiàn)不計(jì)外測(cè)護(hù)墻和內(nèi)側(cè)護(hù)欄基座的作用。

（1）試求連續(xù)板承載能力極限狀態(tài)下（）號(hào)墩?3號(hào)墩各墩頂截面，第1?3跨跨中截面

的彎矩、剪力以及各支座的支承反力。

（2）現(xiàn)欲擴(kuò)大橋下凈寬，將原橋2號(hào)墩拆除，即對(duì)已建成的（20+4X25+20）m的連續(xù)

板改建成20+50+2X25+20）m的連續(xù)板，上部結(jié)構(gòu)恒載保持不變

（a）試求各控制截面的彎矩、剪力以及各支座反力設(shè)計(jì)值。

（b）試求各跨跨中撓度（恒載撓度、活載撓度）

（3）仍按（2）的拆除2號(hào)墩方法，但在拆除2號(hào)墩之前，鏟除原橋的瀝青混凝土鋪展

和C30的防水混凝土，試求各控制截面的恒載彎矩與各支座反力。

提示：用梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模,截面積A=4505475.8771mm2,周長(zhǎng)L=30140.7517mm,慣

性矩Ix=0.787m4,C40混凝土彈性模量E=3.3xl010Pa,瀝青自重gl=13.455kN/m,C30

混凝土自重g2=18.125kN/m,C40混凝土自重g3=121.635kN/m。

本題用MIDAS軟件計(jì)算，必須提交輸入說明，計(jì)算圖式，節(jié)點(diǎn)單元?jiǎng)澐?，再提交結(jié)果。

號(hào)田支點(diǎn)

!弓以文也號(hào)地文點(diǎn)3號(hào)一支一

3151958535002500

圖3（尺寸單位：cm）

二、對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求（包括課程設(shè)計(jì)說明書、圖紙、圖表、實(shí)物等軟硬件要求）

要求有完整的設(shè)計(jì)計(jì)算書，計(jì)算書內(nèi)容包括：

1、節(jié)點(diǎn)單元?jiǎng)澐?/p>

2、計(jì)算參數(shù)

3、計(jì)算圖式

4、計(jì)算結(jié)果。

三、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)戈U：

2017.11.27-2017.11.29熟悉軟件

2017.11.30~2017.12.6完成橋梁結(jié)構(gòu)分析中的第1、2題

2()17.12.7-2017.12.11完成橋梁結(jié)構(gòu)分析中的第3題

2017.12.12~2017.12.14撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告

2017.12.15答辯

四、主要參考資料

MIDAS教程

指導(dǎo)教師（簽名）：教研室主任（簽名）：

2017年12月15日2017年12月15H

目錄

一、建模過程..............................................................1

1工程介紹...............................................................1

2模型建立...............................................................1

3施加靜力荷載..........................................................6

4施加移動(dòng)荷載..........................................................7

二、施工過程..............................................................9

三、數(shù)據(jù)結(jié)果.............................................................10

(1)10

(2)12

(3)14

四、數(shù)據(jù)分析.............................................................16

五、實(shí)習(xí)總結(jié).............................................................16

一、建模過程

1工程介紹

1.1工程簡(jiǎn)介

已知某橋上部結(jié)構(gòu)為（20+4X25+20）m的混凝土連續(xù)板（圖1）,荷載等級(jí)為公

路-H級(jí)。當(dāng)連續(xù)板成橋后進(jìn)行橋面現(xiàn)澆防水混凝土和瀝青鋪展層施工?，F(xiàn)不計(jì)外測(cè)

護(hù)墻和內(nèi)側(cè)護(hù)欄基座的作用。

圖1（尺寸單位：cm）

1.2施工方式

采用橋下滿堂支架施工。

1.3設(shè)計(jì)資料

(1)瀝青自重gl=13.455kN/m；

(2)C30防水混凝土自重g2=18.125kN/m；

(3)C40混凝土自重g3=121.635kN/m；

(4)二期恒載g4=13.455+18.125=31.58kN/m°

2模型建立

2.1定義材料和截面

2.1.1定義材料

此次橋梁設(shè)計(jì)用到的是C40混凝土，所以只需在材料中選擇C40混凝土，相應(yīng)的

數(shù)值軟件內(nèi)都有的，不需要額外輸入（圖2）。

材料赦據(jù)X

一般

材料號(hào):

彈性數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)類型:m

投范:三1

數(shù)據(jù)庫(kù)31

混鬟土

投范:

材料類旦

G各向同性數(shù)據(jù)庫(kù)

州生模量：00000.WOOton￡?2

球比：0

線股瞇系數(shù)0OOOOe^OOO1/[C]

答重：0ton￡/?3

廠使用質(zhì)里王度0ton￡/e*3/c

彈性植宣:

3.3141eX)06ton￡/.*2

泊松比：oT

線膨瞇系數(shù)：10000.-005i/[C]

容重:-r、/tonf/?*3

使用周里密度：26

r0ton￡/.*3/5

蟄性數(shù)據(jù)

蠻性材料名稱：回而

熱特性值

比熱：

熱傳與率

明尼比:

確認(rèn)取消適用

圖2材料數(shù)據(jù)

2.1.2定義截面

設(shè)計(jì)書中的主梁截面為5個(gè)圓形，然而軟件中并沒有相對(duì)應(yīng)的截面設(shè)計(jì)，因此需

要把5個(gè)圓形替換成1個(gè)面積相等的矩形，而外部的輪廓尺寸還是按照原來(lái)的截面設(shè)

計(jì)，只需要改變部分的內(nèi)部輪廓尺寸。

S矩形二S圓二5nr2=5*n*402=8000ncm2

BIl=BI3=5d/2=5*80/2=200cm=2m

HI3=S矩形/(2*BI1)=8000n/2/200=62.831cm=0.628m

HI1=1.2-0.628-0.21=0.362m

截面數(shù)揖X

效揖摩/用戶設(shè)計(jì)截面I

i1v單室、雙室2]

名稱國(guó)廠計(jì)算截面符性值網(wǎng)格尺寸：r'?

衰鼓面拐占外外輪解尺寸

rjoirJIIrji4HOIP^2aBOIF25

rJ02rji2rJIBP?

HD20.175MBOI-1

rjo3rji3MJ2-1?B01-2m

「截面類當(dāng)HD2-2?B02

6單箱單宣H030825■B02-1

^625-

r單荷雙方H03-1aB03m

內(nèi)部輪廓尺寸

Mil0.362,BI1g

剪切驗(yàn)算

MI20.BI1-1m

______目切

Z1Io838■[7KI2-1?BI1-2m

KI2-2?BI2-1m

Z2：

KI30628.BI35?.

Z3:(021?17

KI3-10_______?BI3-1P____G

0_______?BI3-2

腹板厚度XI4______m

c

抗再用最小自動(dòng)XI4-1P?BI4m

tl11.43571mF/KI4-2.

1

XI5021.

12125m

t3|12500CB口”考慮5?切度形

抗扭用（最小）：廠考慮翱曲效果"自由度）

偏心中心

糜偏心..|麥格S入...|顯示質(zhì)心

顯示微面特性值二_______確認(rèn)|取消

圖3設(shè)計(jì)截面

2.2建立節(jié)點(diǎn)/單元

2.2.1建立節(jié)點(diǎn)

一般每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的間隔是2-3m,這次的橋梁的6個(gè)跨度分別是20m,25m,25m,

25m,25m和20mo為了操作方便，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)的間隔設(shè)計(jì)為2.5m,這樣的話20m

和25m分別是8個(gè)節(jié)點(diǎn)和10個(gè)節(jié)點(diǎn)。于是總共140m長(zhǎng)的橋梁就分為了57個(gè)節(jié)點(diǎn)（圖

4）。

K?**Irt

圖4節(jié)點(diǎn)平面圖

2.2.2建立單元

每2個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)形成1個(gè)單元，最后得到了56個(gè)連續(xù)單元（圖5）。

圖5單元平面圖

2.3組的定義

這時(shí)候定義組有利于施工階段的分析，避免到后面做過多的修改。

2.3.1結(jié)構(gòu)組的定義

結(jié)構(gòu)）定義結(jié)構(gòu)組〉設(shè)計(jì)名稱》添加，之后在菜單中把結(jié)構(gòu)組作用在所有的節(jié)點(diǎn)上

（圖6）。

1

（節(jié)有效-67單元效0]

fi0

i0

0

圖6定義結(jié)構(gòu)組

2.3.2邊界組的定義

在第二問及第三問中，都需要把2號(hào)墩給拆掉，這說明了另外的0號(hào)墩，1號(hào)墩,

3號(hào)墩，4號(hào)墩，5號(hào)墩和6號(hào)墩都是永久固定的，只有2號(hào)墩是一個(gè)臨時(shí)墩，所以需

要把2號(hào)墩設(shè)計(jì)成一個(gè)組，另外的6個(gè)墩墩要設(shè)計(jì)成另一個(gè)組加以區(qū)分（圖7）。

圖7定義邊界組

2.3.3荷載組的定義

第三問中，在拆除2號(hào)墩之前，需要先鏟除原橋的瀝青混凝土鋪展和C30的防水

混凝土，因此跟定義邊界組一樣，也需要把自重恒載和二期恒載分組（圖8）。

圖R定義荷載組

2.4添加邊界條件

節(jié)點(diǎn)邊界條件主要用于約束分析模型中選定節(jié)點(diǎn)的自由度，或者在缺少轉(zhuǎn)動(dòng)自由

度的單元間的相互連接時(shí)，為防止剛度矩陣出現(xiàn)奇異，需要用邊界條件來(lái)約束轉(zhuǎn)動(dòng)自

由度。其中跨中的墩支點(diǎn)需要固定2個(gè)自由度，其他的墩支點(diǎn)只需要固定1個(gè)自由度

即可，同時(shí)也給7個(gè)墩分組（表1）。

節(jié)點(diǎn)DxDyDz組

1001永久

9001永久

190012號(hào)墩

29101永久

39001永久

49001永久

57001永久

表1添加邊界條件

3施加靜力荷載

3.1添加靜力荷載工況

此次的橋梁設(shè)計(jì)只有兩種靜力荷載工況一一自重和二期，自重就是橋梁本身自己

的荷載，二期則是瀝青混凝土和C30的防水混凝土的荷載（圖9）。

驗(yàn)力荷載工況x

名稱r漆加⑴

工況：i所有荷教工況▼I

類處r▼I刪除(D)

說明

號(hào)I名稱類型說明

?1恒荷戟（D）

2二期恒載恒荷載（D）

*

關(guān)閉（C）I

圖9靜力荷載工況

3.2添加靜力荷載（自重和二期恒載）

3.2.1自重施加

①選擇荷載工況和荷載組（自重）；

②添加自重系數(shù)為T;

③全選所有單元并點(diǎn)擊添加。

3.2.2二期恒載施加

①選擇荷載類型為梁?jiǎn)卧奢d（單元）：

②選擇荷載工況和荷載組（二期恒載）；

③選擇整體坐標(biāo)系下添加荷載-31.58kN/m,負(fù)號(hào)代表方向向下（與整體坐標(biāo)系的Z軸

相反）。

4施加移動(dòng)荷載

4.1添加車輛等級(jí)

此次橋梁的荷載等級(jí)為公路-n級(jí)，由于沒有公路-口級(jí)的車輛荷載數(shù)值，因此需

要自定義車輛荷載，同時(shí)公路-II級(jí)的車道荷載數(shù)值為公路-I級(jí)的0.75倍;圖10）o

qk=10.5*0.75=7.875kN/m;

Pk=270*0.75=202.5kN,L<=5m;

Pk=360*0.75=270kN,二>=50m。

.用戶定義的主曬.><-）

6玨博公品生和駿2:3

r夕注明珠輻網(wǎng)―3

r人解灣裁Z

/|取消(c)

圖10車輛荷載

4.2添加車道

荷載》移動(dòng)荷載）交通車道線）添加＞設(shè)計(jì)名稱,選擇移動(dòng)方向,跨度和節(jié)點(diǎn),其中偏

心距離為7.75/4=1.9375m,橋梁跨度為6個(gè)跨度中的最大值,所以為25m。同時(shí)該橋

梁設(shè)計(jì)的是雙車道，因此需要添加2個(gè)車道，一個(gè)方向向前，另一個(gè)方向向后（圖11）。

車道x主道X

車道名稱：車道名稱：乒逢

車輛荷載的分布「車輛有載的分布

ZJ

狗交角料交角

始點(diǎn)廣^終點(diǎn)彳三［度］始點(diǎn)，^終點(diǎn)丁三［度］

車精移動(dòng)方向車輛移動(dòng)方向

6向朝「向后C往返「向前6向后「往返

偏心距離1.9375.偏心3降

車輪訶距：18.車輪間距

橋梁聘度：25.橋梁蹣

比例系數(shù)：比例系數(shù)

法擇

G兩點(diǎn)c根標(biāo)點(diǎn)取r單元號(hào)

|o,o,o.

140,0.0.

確定］取消|適用

圖11車道

4.3添加移動(dòng)荷載工況

此次橋梁的移動(dòng)荷載需要計(jì)算的是承載極限能力狀態(tài)時(shí)下的情況，承載能力極限

狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力，或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。

對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形，包括結(jié)構(gòu)件或連接

因強(qiáng)度超過而破壞，結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體而失去平衡，在反復(fù)荷載下構(gòu)件或連接

發(fā)生疲勞破壞等，所以這次添加的移動(dòng)荷載工況需要加上所有的車道，以達(dá)到承載能

力極限狀態(tài)（圖12）.

楊勁荷或工況X

荷載工況名林兩

說明I-

授范類2J|JTGB0I-2014三］

晌車看布載系數(shù)

子荷也工況X

子帚找工況

組合選項(xiàng):

金⑹|取消（適用。）

0|砒“S）|電消（c）|適用

圖12移動(dòng)荷載工況

二、施工過程

模型建立完畢之后，該開始添加施工步驟了c在荷載的施工階段，可以定義施工

步驟。每一步的施工階段可以選擇施工項(xiàng)目和工況，還有添加的荷載。針對(duì)不同的問

題，可以設(shè)計(jì)不同的施工方案。

第一問是正常的施工方案，所以并不需要添加額外的施工步驟。

第二問需要將原來(lái)的2號(hào)墩拆除，其他的步驟并不要改變（圖13）。

圖13第二問的施工階段

第三問跟第二問是同樣的拆除2號(hào)墩方法，但在拆除2號(hào)墩之前，先要鏟除原橋

的瀝青混凝土鋪展和C30的防水混凝土，但在拆完2號(hào)墩之后，瀝青混凝土鋪展和

C30的防水中凝土還需要重新添加回去（圖14）。

施工階段X

名稱1持續(xù)-1曰期1步驟添加（A）|

6跨施工30300

前插（P）|

府除防青和防水塌..10400

圻除2號(hào)域30700后插3）|

現(xiàn)澆防水溫施土和..15850

生成⑹|

編輯/顯示（M）|

刪除（D）

》

圖14第三問的施工階段

三、數(shù)據(jù)結(jié)果

（1）試求連續(xù)板承載能力極限狀態(tài)下0號(hào)墩?3號(hào)墩各墩頂截面，第1?3跨跨中截

面的彎矩、剪力以及各支座的支承反力。

表2承載能力極限狀態(tài)下各位置的彎矩和剪力表

位置彎矩（單位：kN-m）剪力（單位：kN）

0號(hào)墩墩頂截面0-1219.38

1號(hào)墩墩頂截面-8397.46-2076.66

2號(hào)墩墩頂截面-8693.75-2092.74

3號(hào)墩墩頂截面-8560.75-2083.95

第1跨跨中截面6468.71775.67

第2跨跨中截面6914.36307.10

第3跨跨中截面6835.83293.93

表3承載能力極限狀態(tài)下的支座反力表

位置支承反力（單位：kN）

。號(hào)墩1886.051564

1號(hào)墩5144.721758

2號(hào)墩5194.744856

3號(hào)墩5170.734319

4號(hào)墩5194.744856

5號(hào)墩5144.721670

6號(hào)墩1886.051608

（2）現(xiàn)欲擴(kuò)大橋下凈寬，將原橋2號(hào)墩拆除，即對(duì)已建成的（20+4X25+20）m的連

續(xù)板改建成20+50+2X25+20）m的連續(xù)板，上部結(jié)構(gòu)恒載保持不變

（a）試求各控制截面的彎矩、剪力以及各支座反力設(shè)計(jì)值。

（b）試求各跨跨中撓度（恒載撓度、活載撓度）

表41/4截面的彎矩、剪力表

位置彎矩（單位：kN-m）剪力（單位：kN）

第1跨-2159.87902.95

第2跨6649.28-3224.61

第3跨-22451.63-3172.65

第4跨3315.071817.41

第5跨-6361.01-2381.41

表5跨中截面的彎矩、剪力表

位置彎矩（單位：kN?m）剪力（單位：kN）

第1跨-4862.601412.72

第2跨28445.36-808.07

第3跨-8562.99-1902.01

第4跨9046.40-548.71

第5跨3702.89-1363.45

表6支點(diǎn)截面的彎矩、剪力表

位置彎矩（單位：kN-m）剪力（單位：kN）

第1跨020.45

第2跨-26494.363459.17

第3跨-22511.734643.66

第4跨-2771.111297.19

第5跨-5690.142592.95

圖17第二間各位置的彎矩圖

圖18第二問各位置的剪力圖

表7支座反力表

位置支承反力（單位：kN）

。號(hào)墩813.386836

1號(hào)墩8686.175051

3號(hào)墩8622.906030

4號(hào)墩3896.111144

5號(hào)墩5504.996481

6號(hào)墩1817.637146

表8跨中撓度表

位置恒載撓度（單位：m）活載撓度（單位：m）

第1跨0.0076430.002142

第2跨-0.128638-0.036056

第3跨0.0116320.003260

第4跨-0.010047-0.002816

第5跨-0.002836-0.000795

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圖19承載能力極限狀態(tài)下的跨中撓度圖

（3）仍按（2）的拆除2號(hào)墩方法，但在拆除2號(hào)墩之前，鏟除原橋的瀝青混凝土鋪

展和C30的防水混凝土，試求各控制截面的恒載彎矩與各支座反力。

表91/4截面的恒載彎矩表

位置彎矩（單位：kN?m）

第1跨2.20

第2跨3720.70

第3跨-15787.09

第4跨1642.49

第5跨-4214.53

表1