Civil＆Civil Designer
一、钢箱梁操作例题资料
1概要
钢桥是高强、轻型薄壁结构，截面和自重比混凝土桥小，跨越能力大，因而在实际工程中有广泛应用。钢桥按形式可大致分为钢箱梁、钢板梁（工字钢）、钢桁梁、组合梁桥等类型。钢桥在使用时不仅要求钢材具有较高的强度，而且还要求具有良好的塑性。钢桥的刚度相对比较小，变形和振动比混凝土桥大。为了保证车辆行驶安全和舒适性、避免过大的变形和振动对钢桥结构产生不利的影响，钢桥必须有足够的整体刚度[2] 。钢桥缺点除容易腐蚀影响耐久性外，另一缺点是疲劳。影响疲劳的因素很多，除钢材品质、连接的构造与方法等外，与荷载性质、疲劳细节关系也很大。钢箱梁除钢材等力学特性外，还具有箱梁的受力特点，广泛应用于市政高架、匝道、大跨度斜拉桥、悬索桥、拱桥加劲梁、大跨连续钢箱梁及人行桥钢箱梁等方面。
本专题将通过介绍工程概况、结合规范构造检查、midas Civil详细建模过程以及midas Civil Designer设计平台及结果查看等操作流程，希望能为读者结合实际项目学习程序，通过程序了解钢箱梁提供帮助。
钢箱梁操作例题资料
2 钢桥概况及构造检查
2.1 钢桥概况
主梁为20+30+40+30m单箱单室正交钢箱梁，钢材为Q345；桥面宽8m，梁高2.335m，翼缘板长1.8m；顶板、腹板、翼缘板均厚16mm，底板标准段厚16mm，支座两侧3~3.5m范围内加厚为24mm；顶板设置闭口U型加劲肋；翼缘板、腹板均设置板型加劲肋；底板标准段设置板型加劲肋，桥墩两侧5~7m范围内设置T型加劲肋；横隔板等设置距离详见图1~图3所示。
建模之前，应按照《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)[1] （以下简称规范）对钢桥面板、加劲肋、翼缘板及腹板等尺寸进行构造检查。
2.2构造检查
2.2.1钢桥面板
近年来正交异性钢桥面板出现疲劳和桥面铺装损伤的现象较为普遍，为保证钢桥面板具有足够的刚度，需对最小厚度有要求；为减小应力集中和避免采用疲劳等级过低的构造细节，需对纵向闭口加劲肋尺寸进行规定[1]。
表1 钢桥面构造检查
平 面平 面
图2.1-1 钢箱梁构造图（一）
平 面
图2.1-2 钢箱梁构造图（二）
图2.1-3 钢箱梁构造图（三）
如上图所示，横隔板间距为2m ，满足规范8.2.4的设置要求。
2.2.2 翼缘板
为了防止制作、运输和安装过程中发生失稳和过大的面外变形，翼缘板宽厚比满足8.3.1比值要求时可不设置加劲肋。否则，应按照8.3.2要求规定设置纵向加劲肋。
如图2.1-3横断面尺寸所示，本例腹板间距（4000mm ）大于翼缘板厚度（16mm ）的80倍，翼缘悬臂宽度（1800mm ）大于翼缘板厚度（16mm ）的16倍，按照规范设置翼缘板纵向加劲肋，间距为250mm ，满足规范中不大于翼缘板厚度40倍的要求。
2.2.3 受压加劲肋
以受压为主的腹板及其加劲肋、支座处加劲肋都应满足规范5.1.5的尺寸要求。图3中加劲肋尺寸均满足规范要求。
板肋宽厚比应满足式5.1.5-1，将s s y 15014345h m m t m m f ===、、代入计
算，满足规范要求。
s s h t ≤ （5.1.5-1） T 形钢加劲肋尺寸应满足式5.1.5-2和5.1.5-3，将s 0s
04314b m m t m m ==、、s s y 15014345h m m t m m f ===、、代入计算，满足规范要求。
s0s0b t ≤ （5.1.5-2）
s s h t ≤ （5.1.5-3）
闭口劲肋尺寸应满足式5.1.5-5和5.1.5-6，将s s 170288b mm h mm ==、、s y 8345t mm f ==、代入计算，满足规范要求。
s s b t ≤ （5.1.5-5）
s s h t ≤ （5.1.5-6） 3 建模步骤
3.1定义材料
特性>材料特性值>材料
图3.1-1 材料定义
图3.1-2 材料数据
3.2定义截面
特性>截面特性值>钢梁
本例根据底板厚度变化段设置，底板T肋和板肋设置长度，共设置4种截面。
图3.2-1 截面数据
以截面1为例，如何设置截面。按照界面内辅助示意图，输入钢箱梁顶底板各段宽度，顶底板、腹板厚度等。点击截面加劲肋，进行加劲肋设置。
点击“定义加劲肋”，参照图2.1-3，定义各种加劲肋尺寸，设置加劲肋布置位置及间距。
图3.2-2 截面1截面数据
图3.2-3 截面1加劲肋截面数据
图3.2-4加劲肋截面数据
截面2箱梁尺寸如下图所示。加劲肋尺寸及设置情况同截面1。
图3.2-5 截面2截面数据
截面3除底板加劲肋由板肋变为T肋外，其余截面尺寸均同截面1。
图3.2-6 T肋截面数据
截面4钢箱梁尺寸同截面2，加劲肋尺寸同截面3。
3.3 建立结构模型
定义节点：树形菜单>表格>节点
本例中将支座位置处、截面变化处、设置隔板处均划分单元。打开“主梁节点和支座节点表格.xlsx”，将节点表格数据复制，然后粘贴到模型中的节点表格中，生成空间节点。
图3.3-1 节点位置和数据表格
建立单元：节点/单元>建立单元
连接主梁开始节点（节点1）和结束节点（节点133），全部采用截面1。
截面分配：赋予单元1to5、128to132截面2；赋予单元18to19、28to31、50to53、62to65、92to95、104to105截面3；赋予单元20to27、54to61、96to103截面4。其余单元均为截面1。
图3.3-2 建立单元
3.4 边界条件设置
3.4.1 边界条件
由于主梁截面的偏心点选择的是中上部，而支座位于主梁的底部，因此需要在主梁的底部建立支座节点，并在支座节点上定义约束条件，并将支座节点与主梁节点通过弹性连接进行连接。支座节点通过对主梁节点复制生成，节点号从134开始。
图3.4-1 支座节点建立梁底约束：边界>一般支承
图3.4-2 一般支承定义建立梁底和梁顶约束：边界>弹性连接
图3.4-3 弹性连接定义
3.4.2 有效截面宽度
《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64)桥梁设计需要设置有效截面宽度，参见第5.1.7条~第5.1.9条实现。midas Civil有效宽度可采用如下方法实现，其中可查看有效截面宽度：
结构>建模助手>钢梁桥>跨度信息
选择全部单元，点击“添加/替换”，在单元列表中，选择支承位置（有效截面宽度计算用），再点击“添加”。定义好跨度信息后，即可定义有效截面宽度。
结构>建模助手>钢梁桥>有效宽度
点击“显示计算结果…”，显示“上部局稳、下部局稳”、“上部局稳剪力滞、下部剪力滞”、“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”3种有效截面宽度。程序自动生成“边界”内容。
图3.4-4 跨度信息图3.4-5 有效截面宽度
边界>有效宽度
Civil程序有效宽度系数表格中输出了Iy、Z_上部、Z_下部3个变量的修
正系数。Civil Designer设计平台内部也自动生成三种有效截面特性值，按照
规范选用对应的有效截面进行验算。
图3.4-7 边界>有效宽度表格
3.5 静力荷载的定义
钢箱梁横隔板重量、封头处混凝土重量，按节点荷载和梁单元荷载添加在自重荷载工况下。混凝土铺装、护栏添加在二期荷载工况下。钢桥传导性能可以不用设置温度梯度，考虑整体升温、整体降温。
荷载>静力荷载>静力荷载工况
图3.5-1 荷载工况定义
荷载>静力荷载>自重
荷载>静力荷载>节点荷载
荷载>静力荷载>梁单元荷载
荷载>温度/预应力>系统温度
图3.5-2 自重图3.5-3 节点荷载图3.5-4 梁单元荷载图3.5-5 温度荷载3.6 移动荷载
大多数公路桥梁结构，汽车荷载是导致疲劳破坏的主要因素，在钢规5.5节中对车辆荷载作用下的疲劳验算进行了规定[1]。疲劳荷载车辆的本质与汽车荷载相同，均属于移动车辆，其加载方式同汽车荷载。抗疲劳验算可以对钢梁中任意位置，截面中任意点进行疲劳模型I和疲劳模型Ⅱ的验算。疲劳模型Ⅲ需要做正交异性板的细部分析，进行纵横向验算，故应采用midas FEA 进行验算。设置车道、车辆等之前，选择中国规范。
荷载>移动荷载>移动荷载规范
图3.6-1 选择移动荷载规范
3.6.1定义车道
图3.6-2 车道对话框
车道定义时单元或节点必须依次排列，否则会出现车辆对开的情况导致移动荷载分析错误的结果。对于桥梁跨度的输入，对于多跨连续梁，输入最大计算跨径，此主要用来确定车道荷载中集中力的大小，按最大跨径计算，偏安全考虑；对于纵向折减系数的考虑，可以在车道单元后面的比例系数中定义即可，输入“1”程序自动根据规范折减。
荷载>移动荷载>交通车道线
图3.6-3 车道对话框3.6.2定义车辆
荷载>移动荷载>车辆
图3.6-4 车辆对话框