midas邁達斯橋梁結構電算課程設計

-.z.結構電算課程設計設計題目：橋梁結構計算學院：軌道交通學院專業(yè)：交通工程班級：**********：**********：***上海應用技術大學實踐課程任務書課程名稱結構電算課程設計課程代碼B7150033設計題目橋梁結構計算課程序號1705150設計時間2017~2018第一學期第13周~第15周系（院）軌道交通學院專業(yè)交通工程班級********課程設計任務（條件）、具體技術參數(shù)（指標）已知*橋上部結構為（20+4×25+20）m的混凝土連續(xù)板（圖3），荷載等級為公路-Ⅱ級。采用橋下滿堂支架施工。當連續(xù)板成橋后進行橋面現(xiàn)澆防水混凝土和瀝青鋪展層施工?，F(xiàn)不計外測護墻和內(nèi)側護欄基座的作用。（1）試求連續(xù)板承載能力極限狀態(tài)下0號墩～3號墩各墩頂截面，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)欲擴大橋下凈寬，將原橋2號墩拆除，即對已建成的（20+4×25+20）m的連續(xù)板改建成20+50+2×25+20）m的連續(xù)板，上部結構恒載保持不變（a）試求各控制截面的彎矩、剪力以及各支座反力設計值。（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號墩方法，但在拆除2號墩之前，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：用梁單元進行建模，截面積A=4505475.8771mm2，周長L=30140.7517mm，慣性矩I*=0.787m4，C40混凝土彈性模量E=3.3×1010Pa，瀝青自重g1=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軟件計算，必須提交輸入說明，計算圖式，節(jié)點單元劃分，再提交結果。圖3（尺寸單位：cm）二、對課程設計成果的要求（包括課程設計說明書、圖紙、圖表、實物等軟硬件要求）要求有完整的設計計算書，計算書內(nèi)容包括：節(jié)點單元劃分計算參數(shù)計算圖式計算結果。課程設計工作進度計劃：2017.11.27~2017.11.29熟悉軟件2017.11.30~2017.12.6完成橋梁結構分析中的第1、2題2017.12.7~2017.12.11完成橋梁結構分析中的第3題~2017.12.14撰寫課程設計報告2017.12.15答辯四、主要參考資料MIDAS教程指導教師（簽名）：教研室主任（簽名）：2017年12月15日2017年12月15日-.z.目錄一、建模過程11工程介紹PAGEREF_Toc501814679\h12模型建立13施加靜力荷載64施加移動荷載7二、施工過程9三、數(shù)據(jù)結果10（1）10（2）12（3）14四、數(shù)據(jù)分析16五、實習總結16-.z.一、建模過程1工程介紹1.1工程簡介已知*橋上部結構為（20+4×25+20）m的混凝土連續(xù)板（圖1），荷載等級為公路-Ⅱ級。當連續(xù)板成橋后進行橋面現(xiàn)澆防水混凝土和瀝青鋪展層施工。現(xiàn)不計外測護墻和內(nèi)側護欄基座的作用。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設計資料(1)瀝青自重g1=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計用到的是C40混凝土，所以只需在材料中選擇C40混凝土，相應的數(shù)值軟件內(nèi)都有的，不需要額外輸入（圖2）。圖2材料數(shù)據(jù)2.1.2定義截面設計書中的主梁截面為5個圓形，然而軟件中并沒有相對應的截面設計，因此需要把5個圓形替換成1個面積相等的矩形，而外部的輪廓尺寸還是按照原來的截面設計，只需要改變部分的內(nèi)部輪廓尺寸。S矩形=S圓=5πr2=5*π*402=8000πcm2BI1=BI3=5d/2=5*80/2=200cm=2mHI3=S矩形/（2*BI1）=8000π/2/200=62.831cm=0.628mHI1=1.2-0.628-0.21=0.362m圖3設計截面2.2建立節(jié)點/單元2.2.1建立節(jié)點一般每個節(jié)點之間的間隔是2-3m，這次的橋梁的6個跨度分別是20m，25m，25m，25m，25m和20m。為了操作方便，所以每個節(jié)點的間隔設計為2.5m，這樣的話20m和25m分別是8個節(jié)點和10個節(jié)點。于是總共140m長的橋梁就分為了57個節(jié)點（圖4）。圖4節(jié)點平面圖2.2.2建立單元每2個節(jié)點聯(lián)結形成1個單元，最后得到了56個連續(xù)單元（圖5）。圖5單元平面圖2.3組的定義這時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結構組的定義結構>定義結構組>設計名稱>添加，之后在菜單中把結構組作用在所有的節(jié)點上（圖6）。圖6定義結構組2.3.2邊界組的定義在第二問及第三問中，都需要把2號墩給拆掉，這說明了另外的0號墩，1號墩，3號墩，4號墩，5號墩和6號墩都是永久固定的，只有2號墩是一個臨時墩，所以需要把2號墩設計成一個組，另外的6個墩墩要設計成另一個組加以區(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8定義荷載組2.4添加邊界條件節(jié)點邊界條件主要用于約束分析模型中選定節(jié)點的自由度，或者在缺少轉(zhuǎn)動自由度的單元間的相互連接時，為防止剛度矩陣出現(xiàn)奇異，需要用邊界條件來約束轉(zhuǎn)動自由度。其中跨中的墩支點需要固定2個自由度，其他的墩支點只需要固定1個自由度即可，同時也給7個墩分組（表1）。節(jié)點D*DyDz組1001永久9001永久190012號墩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計只有兩種靜力荷載工況——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）。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-1；③全選所有單元并點擊添加。3.2.2二期恒載施加①選擇荷載類型為梁單元荷載（單元）；②選擇荷載工況和荷載組（二期恒載）；③選擇整體坐標系下添加荷載-31.58kN/m,負號代表方向向下（與整體坐標系的Z軸相反)。4施加移動荷載4.1添加車輛等級此次橋梁的荷載等級為公路-Ⅱ級，由于沒有公路-Ⅱ級的車輛荷載數(shù)值，因此需要自定義車輛荷載，同時公路-Ⅱ級的車道荷載數(shù)值為公路-Ⅰ級的0.75倍(圖10)。qk=10.5*0.75=7.875kN/m;Pk=270*0.75=202.5kN,L<=5m;Pk=360*0.75=270kN,L>=50m。圖10車輛荷載4.2添加車道荷載>移動荷載>交通車道線>添加>設計名稱,選擇移動方向,跨度和節(jié)點,其中偏心距離為7.75/4=1.9375m，橋梁跨度為6個跨度中的最大值，所以為25m。同時該橋梁設計的是雙車道，因此需要添加2個車道，一個方向向前，另一個方向向后（圖11）。圖11車道4.3添加移動荷載工況此次橋梁的移動荷載需要計算的是承載極限能力狀態(tài)時下的情況，承載能力極限狀態(tài)是指結構或構件達到最大承載能力，或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。對應于結構或結構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形，包括結構件或連接因強度超過而破壞，結構或其一部分作為剛體而失去平衡，在反復荷載下構件或連接發(fā)生疲勞破壞等，所以這次添加的移動荷載工況需要加上所有的車道，以達到承載能力極限狀態(tài)（圖12）。圖12移動荷載工況二、施工過程模型建立完畢之后，該開始添加施工步驟了。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目和工況，還有添加的荷載。針對不同的問題，可以設計不同的施工方案。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。第二問需要將原來的2號墩拆除，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號墩方法，但在拆除2號墩之前，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號墩之后，瀝青混凝土鋪展和C30的防水混凝土還需要重新添加回去（圖14）。圖14第三問的施工階段三、數(shù)據(jù)結果（1）試求連續(xù)板承載能力極限狀態(tài)下0號墩～3號墩各墩頂截面，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號墩墩頂截面0-1219.381號墩墩頂截面-8397.46-2076.662號墩墩頂截面-8693.75-2092.743號墩墩頂截面-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圖15承載能力極限狀態(tài)下各位置的彎矩圖圖16承載能力極限狀態(tài)下各位置的剪力圖表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）0號墩1886.0515641號墩5144.7217582號墩5194.7448563號墩5170.7343194號墩5194.7448565號墩5144.7216706號墩1886.051608（2）現(xiàn)欲擴大橋下凈寬，將原橋2號墩拆除，即對已建成的（20+4×25+20）m的連續(xù)板改建成20+50+2×25+20）m的連續(xù)板，上部結構恒載保持不變（a）試求各控制截面的彎矩、剪力以及各支座反力設計值。（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第二問各位置的彎矩圖圖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）0號墩813.3868361號墩8686.1750513號墩8622.9060304號墩3896.1111445號墩5504.9964816號墩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號墩方法，但在拆除2號墩之前，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10跨中截面的恒載彎矩表位置彎矩（單位：kN·m）第1跨-2698.07第2跨19619.03第3跨-5310.37第4跨5523.31第5跨1497.39表11支點截面的恒載彎矩表位置彎矩（單位：kN·m）第1跨0第2跨-18917.26第3跨-16200.92第4跨-1306.48第5跨-