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1、-结构电算课程设计设计题目：桥梁结构计算上海应用技术大学实践课程任务书课程名称结构电算课程设计课程代码B7150033设计题目桥梁结构计算课程序号1705150设计时间系（院）轨道交通学院专业交通工程班级1、 课程设计任务（条件）、具体技术参数（指标）已知*桥上部结构为（20+425+20）m的混凝土连续板（图3），荷载等级为公路-级。采用桥下满堂支架施工。当连续板成桥后进行桥面现浇防水混凝土和沥青铺展层施工。现不计外测护墙和内侧护栏基座的作用。（1）试求连续板承载能力极限状态下0号墩3号墩各墩顶截面，第13跨跨中截面的弯矩、剪力以及各支座的支承反力。（2）现欲扩大桥下净宽，将原桥2号墩拆除，
2、即对已建成的（20+425+20）m的连续板改建成20+50+225+20）m的连续板，上部结构恒载保持不变（a）试求各控制截面的弯矩、剪力以及各支座反力设计值。（b）试求各跨跨中挠度（恒载挠度、活载挠度）（3）仍按（2）的拆除2号墩方法，但在拆除2号墩之前，铲除原桥的沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土，试求各控制截面的恒载弯矩与各支座反力。提示：用梁单元进行建模，截面积A=4505475.8771 mm2，周长L=30140.7517 mm，惯性矩I*=0.787m4，C40混凝土弹性模量E=3.31010 Pa，沥青自重g1=13.455 kN/m，C30混凝土自重g2=18.125 kN
3、/m，C40混凝土自重g3=121.635 kN/m。本题用MIDAS软件计算，必须提交输入说明，计算图式，节点单元划分，再提交结果。图3（尺寸单位：cm）二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求） 要求有完整的设计计算书，计算书内容包括：1、 节点单元划分2、 计算参数3、 计算图式4、 计算结果。3、 课程设计工作进度计划：2017.11.272017.11.29 熟悉软件2017.11.302017.12.6 完成桥梁结构分析中的第1、2题2017.12.72017.12.11 完成桥梁结构分析中的第3题2017.12.14 撰写课程设计报告2017.1
4、2.15 答辩四、主要参考资料 MIDAS教程 指导教师（签名）：教研室主任（签名）：2017年12月 15 日2017年12月 15 日. z.-目录一、建模过程11 工程介绍12 模型建立13 施加静力荷载64 施加移动荷载7二、施工过程9三、数据结果10（1）10（2）12（3）14四、数据分析16五、实习总结16. z.-一、建模过程1工程介绍1.1 工程简介已知*桥上部结构为（20+425+20）m的混凝土连续板（图1），荷载等级为公路-级。当连续板成桥后进行桥面现浇防水混凝土和沥青铺展层施工。现不计外测护墙和内侧护栏基座的作用。图1（尺寸单位：cm）1.2 施工方式采用桥下满堂支架
5、施工。1.3 设计资料(1)沥青自重g1=13.455 kN/m；(2)C30防水混凝土自重g2=18.125 kN/m；(3)C40混凝土自重g3=121.635 kN/m；(4)二期恒载g4=13.455+18.125=31.58kN/m。2模型建立2.1定义材料和截面2.1.1定义材料此次桥梁设计用到的是C40混凝土，所以只需在材料中选择C40混凝土，相应的数值软件内都有的，不需要额外输入（图2）。图2材料数据2.1.2 定义截面设计书中的主梁截面为5个圆形，然而软件中并没有相对应的截面设计，因此需要把5个圆形替换成1个面积相等的矩形，而外部的轮廓尺寸还是按照原来的截面设计，只需要改变部
6、分的内部轮廓尺寸。S矩形=S圆=5r=5*40=8000 cmBI1=BI3=5d/2=5*80/2=200cm=2mHI3=S矩形/（2*BI1）=8000/2/200=62.831cm=0.628mHI1=1.2-0.628-0.21=0.362m图3设计截面2.2建立节点/单元2.2.1建立节点一般每个节点之间的间隔是2-3m，这次的桥梁的6个跨度分别是20m，25m，25m，25m，25m和20m。为了操作方便，所以每个节点的间隔设计为2.5m，这样的话20m和25m分别是8个节点和10个节点。于是总共140m长的桥梁就分为了57个节点（图4）。图4节点平面图2.2.2建立单元每2个节
7、点联结形成1个单元，最后得到了56个连续单元（图5）。图5单元平面图2.3组的定义这时候定义组有利于施工阶段的分析，避免到后面做过多的修改。2.3.1结构组的定义结构定义结构组设计名称添加，之后在菜单中把结构组作用在所有的节点上（图6）。图6定义结构组2.3.2边界组的定义在第二问及第三问中，都需要把2号墩给拆掉，这说明了另外的0号墩，1号墩，3号墩，4号墩，5号墩和6号墩都是永久固定的，只有2号墩是一个临时墩，所以需要把2号墩设计成一个组，另外的6个墩墩要设计成另一个组加以区分（图7）。图7定义边界组2.3.3荷载组的定义第三问中，在拆除2号墩之前，需要先铲除原桥的沥青混凝土铺展和C30的防
8、水混凝土，因此跟定义边界组一样，也需要把自重恒载和二期恒载分组（图8）。图8定义荷载组2.4添加边界条件节点边界条件主要用于约束分析模型中选定节点的自由度，或者在缺少转动自由度的单元间的相互连接时，为防止刚度矩阵出现奇异，需要用边界条件来约束转动自由度。其中跨中的墩支点需要固定2个自由度，其他的墩支点只需要固定1个自由度即可，同时也给7个墩分组（表1）。节点D*DyDz组1001永久9001永久190012号墩29101永久39001永久49001永久57001永久表1添加边界条件3 施加静力荷载3.1添加静力荷载工况此次的桥梁设计只有两种静力荷载工况自重和二期，自重就是桥梁本身自己的荷载，二
9、期则是沥青混凝土和C30的防水混凝土的荷载（图9）。图9 静力荷载工况3.2添加静力荷载（自重和二期恒载）3.2.1自重施加选择荷载工况和荷载组（自重）；添加自重系数为-1；全选所有单元并点击添加。3.2.2二期恒载施加选择荷载类型为梁单元荷载（单元）；选择荷载工况和荷载组（二期恒载）；选择整体坐标系下添加荷载-31.58kN/m,负号代表方向向下（与整体坐标系的Z轴相反)。4 施加移动荷载4.1添加车辆等级此次桥梁的荷载等级为公路-级，由于没有公路-级的车辆荷载数值，因此需要自定义车辆荷载，同时公路-级的车道荷载数值为公路-级的0.75倍(图10)。qk=10.5*0.75=7.875kN/
10、m;Pk=270*0.75=202.5kN,L=50m。图10车辆荷载4.2 添加车道荷载移动荷载交通车道线添加设计名称,选择移动方向,跨度和节点,其中偏心距离为7.75/4=1.9375m，桥梁跨度为6个跨度中的最大值，所以为25m。同时该桥梁设计的是双车道，因此需要添加2个车道，一个方向向前，另一个方向向后（图11）。图11 车道4.3 添加移动荷载工况此次桥梁的移动荷载需要计算的是承载极限能力状态时下的情况，承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。对应于结构或结构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，包括结构件或连接因强度超过而破坏，结构
11、或其一部分作为刚体而失去平衡，在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等，所以这次添加的移动荷载工况需要加上所有的车道，以达到承载能力极限状态（图12）。图12 移动荷载工况二、施工过程模型建立完毕之后，该开始添加施工步骤了。在荷载的施工阶段，可以定义施工步骤。每一步的施工阶段可以选择施工项目和工况，还有添加的荷载。针对不同的问题，可以设计不同的施工方案。第一问是正常的施工方案，所以并不需要添加额外的施工步骤。第二问需要将原来的2号墩拆除，其他的步骤并不要改变（图13）。图13 第二问的施工阶段第三问跟第二问是同样的拆除2号墩方法，但在拆除2号墩之前，先要铲除原桥的沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土
12、，但在拆完2号墩之后，沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土还需要重新添加回去（图14）。图14 第三问的施工阶段三、数据结果（1）试求连续板承载能力极限状态下0号墩3号墩各墩顶截面，第13跨跨中截面的弯矩、剪力以及各支座的支承反力。表2承载能力极限状态下各位置的弯矩和剪力表位置弯矩（单位：kNm）剪力（单位：kN）0号墩墩顶截面0-1219.381号墩墩顶截面-8397.46-2076.662号墩墩顶截面-8693.75-2092.743号墩墩顶截面-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.
13、93图15 承载能力极限状态下各位置的弯矩图图16承载能力极限状态下各位置的剪力图表3 承载能力极限状态下的支座反力表位置支承反力（单位：kN）0号墩1886.0515641号墩5144.7217582号墩5194.7448563号墩5170.7343194号墩5194.7448565号墩5144.7216706号墩1886.051608（2）现欲扩大桥下净宽，将原桥2号墩拆除，即对已建成的（20+425+20）m的连续板改建成20+50+225+20）m的连续板，上部结构恒载保持不变（a）试求各控制截面的弯矩、剪力以及各支座反力设计值。（b）试求各跨跨中挠度（恒载挠度、活载挠度）表41/4截
14、面的弯矩、剪力表位置弯矩（单位：kNm）剪力（单位：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跨中截面的弯矩、剪力表位置弯矩（单位：kNm）剪力（单位：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支点截面的弯矩、剪力表位置弯矩（单位：kNm）剪力（单位：kN）第1跨020.45第2跨-26494.363
15、459.17第3跨-22511.734643.66第4跨-2771.111297.19第5跨-5690.142592.95图17 第二问各位置的弯矩图图18 第二问各位置的剪力图表7支座反力表位置支承反力（单位：kN）0号墩813.3868361号墩8686.1750513号墩8622.9060304号墩3896.1111445号墩5504.9964816号墩1817.637146表8跨中挠度表位置恒载挠度（单位：m）活载挠度（单位：m）第1跨0.0076430.002142第2跨-0.128638-0.036056第3跨0.0116320.003260第4跨-0.010047-0.00281
16、6第5跨-0.002836-0.000795图19承载能力极限状态下的跨中挠度图（3）仍按（2）的拆除2号墩方法，但在拆除2号墩之前，铲除原桥的沥青混凝土铺展和C30的防水混凝土，试求各控制截面的恒载弯矩与各支座反力。表91/4截面的恒载弯矩表位置弯矩（单位：kNm）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跨中截面的恒载弯矩表位置弯矩（单位：kNm）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支点截面的恒载弯矩表位置弯矩（单位：kNm）第1跨0第2跨-18917
17、.26第3跨-16200.92第4跨-1306.48第5跨-3844.59表12支座反力表位置反力（单位：kN）0号墩181.1901911号墩6319.6931153号墩6260.8827234号墩2536.4760685号墩3875.2367866号墩1021.346116图20恒载弯矩图四、数据分析在第二问中，拆除2号墩之后，第二跨的跨中挠度数值过大，说明拆除2号墩这一施工步骤对于整个工程影响很大，在施工阶段时要格外注意步骤。同时，第三问和第二问的数据是一模一样的，说明沥青和防水混凝土的先后施工顺序对于整个工程的最后结果是没有影响的。五、实习总结MIDAS/Civil是针对土木结构，特别
18、是分析预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计，以填补目前土木结构分析、设计软件市场的空白，而开发的土木结构专用的结构分析与优化设计软件”。MIDAS是目前唯一全部中文化的土木专用非线性及细部分析软件”，它的几何建模和网格划分技术采用了在土木领域中已经被广泛应用的前后处理软件MIDAS F*+的核心技术，同时融入了MIDAS强大的线性、非线性分析内核，并与荷兰TNO DIANA公司进行了技术合作，是一款专门适用于土木领域的高端非线性分析和细部分析软件。MIDAS拥有简洁直观的用户界面，即使是初学者也可以在短期内迅速掌握。特别是工程中比较难处理的各种非线性分析问题，程序不仅提供了简单的参数化输入方法，其全中文化的程序界面、全中文化的技术手册、全中文化的培训例题，可以让初学者迅速成长为高级分析人员。此次的实习设计让我对于MIDAS这一软件有了初步的了解，在学习的过程中，遇到了很多问题，像荷载不会添加啊，单元如何建立啊等。但在老师和同学的帮助下，这些难题已经被我一一克服。这次的经历让我对于桥梁结构的施工有了进一步的了解，同时激发了我对于桥梁工程结构的信心。. z.
