波形钢腹板组合梁桥课程设计
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摘要
波形钢腹板组合梁桥由于具有比较优越的结构性能，近几年来在国内国外的运用越来越多，主要特点体现在：（1）自重小（相比与传统PC梁桥），有利于减轻结构自重，抗震性能好（2）波形钢腹板主要承担剪力，不能承担纵向轴力，纵向弯曲可不计入波形腹板的影响（3）波形钢腹板PC箱梁抗弯刚度、抗扭刚度与横向刚度均比混凝土PC箱梁小，设计中应注意按适当间距设计横隔板以增大其抗扭能力。
除此之外，波形钢腹板组合箱梁特别适合于大、中跨径的多跨连续梁桥及连续刚构桥，当跨径超过50米时，经济效果很明显。
MIDAS/Civil 是针对土木结构，特别是分析象预应力箱型桥梁、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，通过建模分析运算可以可以大大减轻工程计算量，提高分析设计效率，给土木工程结构分析带来很大的方便。
关键词：波形钢腹板桥梁；迈达斯；有限元分析
Abstract
Corrugated steel web composite girder bridge due to structure with superior performance, more and more used in recent years at home and abroad, the main characteristics embodied in: (1) the small weight, good seismic performance of corrugated steel web plate (2) the main bear shear (3) the corrugated steel web PC box girder bending stiffness and torsional stiffness and lateral stiffness are smaller than the PC box girder concrete.In addition, corrugated steel web composite box girder is particularly suitable for large, medium span of multi-span continuous beam bridge and
continuous rigid frame bridge, when the span of more than 50 m, the economic effect is obvious.MIDAS/Civil is for Civil structure, at the same time, can do a nonlinear boundary, hydration heat, the material nonlinear analysis, static elastoplastic analysis and dynamic elastoplastic analysis, through the analysis of the modeling algorithm can greatly reduce the engineering calculation, improve the efficiency of analysis and design, to make a lot of convenient for Civil
engineering structure analysis.
Keywords:Corrugated steel web plate Bridges;Midas;The finite element analysis
目录
一：技术参数 (4)
二：结构构造..............................4-5
三：模型建立..............................6-14
四：有限元分析............................15-19
一．技术参数
1. 荷载及公路等级：公路-II 级，两车道，二级公路；
2. 设计车速：80km/h 。
2. 结构形式：简支梁；
3. 计算跨径：L=40.0m ；桥宽：B=12.0m
4. 防撞护栏采用新泽西护栏（宽度50cm ，高100cm ，具体重量请根据自己
拟定的图纸计算）；
5. 桥面铺装采用：1cm 厚的沥青改性防水层，9cm 厚的沥青混凝土；
6. 材料：
混凝土：主梁顶、底板采用C50混凝土；
钢 材：波形钢腹板采用Q345C （屈服应力：345MPa ；设计荷载作用下
允许剪应力为120MPa ）；
预应力钢束：2.15φ高强度低松弛钢绞线（抗拉强度标准值为
MPa f pk 1860=，抗拉强度设计值MPa f tk 1260=，正常允许拉应力
MPa f tk 1209=。
）
7. 施工方法：满堂支架施工。
二．结构构造
根据规范《公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范》，拟定相关参数如下
高跨比：18.5
断面构造：直腹板
连接构造：栓钉连接
顶板厚度26cm，底板厚度23cm
波形钢腹板采用1000型，厚度根据经验采用18mm,如下图
新泽西防护栏设计,由于不参与受力作用，采用C30混凝土。
单位：cm 面积0.2592m2
主梁结构示意图
三．建模建立
1.节点单元建立
跨径40米，短线单元为横隔板，间距10米，将结构赋予相应的结构组
2.材料参数
组合材料为C50混凝土与Q345钢，赋予主梁单元，C50混凝土赋予给横隔板3.截面
主梁截面
横隔板截面
然后分别把主梁截面及横隔板截面赋予给相应单元
4.建立边界条件（简支梁），并赋予给相应的边界组
5.建立荷载工况（自重，预应力，二期恒载，移动荷载），并对于相
应的荷载组。
其中预应力荷载采用两端张拉，控制应力为0.75σ=1395Mpa，
下一个施工阶段注浆。
二期恒载的计算：
⨯
+
⨯
⨯
=
q KN ⨯
（沥青改性防水层）
防护栏
=（沥青混凝土）.0
+
⨯
(5.
22
0.09
30
/
m 2592
12
23
)
12
18
0.01
6.移动荷载分析控制数据
采用两个车道（无偏心，偏心3m，均为往返），中国标准车辆规范
移动荷载工况
7.预应力钢束
预应力钢束根据经验并参考已建桥梁，暂时拟定Ф15.2钢绞线，7束，间距0.7米，钢束形状如下
钢束空间布置图
预应力钢束特征值
8.材料依存性参数设置
并与相应的C50混凝土连接，然后修改单元依存材料特征值
9.建立施工阶段
施工方法为满堂支架，可以分为两个阶段（成桥阶段，徐变收缩完成）
建立荷载组合（正常使用极限状态，承载能力极限状态，自重荷载）
10.模型建立完成
四．有限元分析
1.计算结构在自重（一期恒载+二期恒载）作用下支座反力和截面内力（弯矩、剪力）
1.1在自重荷载作用的的支座反力
2495.7KN,
F
=
F
=
z
x
1.2自重荷载作用下的弯矩内力图
1.3自重荷载作用下的剪力内力图
3.计算结构在公路-II级荷载作用下的内力包络图（弯矩、剪力）3.1弯矩包络图
3.2剪力包络图
4.对正常使用极限状态下跨中截面混凝土顶、底板外缘应力进行算； 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第7.1.5条，使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土最大压应力应符合下式规定：
ck pt kc f 5.0≤+σσ
其中：kc σ为荷载标准组合下截面边缘混凝土的压应力；pt σ为由预加力产生的混凝土拉应力，其中MPa ck 4.32f =
4.1上缘验算
-6866.9kPa
=kc σ
-1831.1kPa
=pt σ
KPa f KP ck pt kc 1620010004.325.05.0a -86981831.16866.9-=⨯⨯=≤=+=+（压））（σσ满足条件
4.2下缘验算
10510.2kPa =kc σ
a
-16368.2kP =pt σKPa
f KP ck pt kc 1620010004.325.05.0a -585816368.2-10510.2=⨯⨯=≤==+（压）σσ
满足条件
5.对正常使用极限状态下支点截面波形钢腹板的剪应力进行验算，设计荷载作用下波形钢腹板的剪应力应根据下式验算：
][ττ≤d ，
其中：d τ—— 设计荷载下（标准荷载）波形钢腹板的剪应，T Q d τττ+=，
Q τ为由竖向剪力引起的剪应力，T τ为由扭矩引起的剪应力，此处简化暂令0.0=T τ；ht
Q
Q =
τ，其中Q 为竖向剪力，h 为波形钢腹板的高度，t 为波形钢腹板的厚度）；MPa 120][=τ。
其中，h=137cm,t=18mm,Q 为正常使用极限状态下支点处的剪力（即支座反力） 如下，
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由于波形钢腹板结构剪力全由腹板承受，顶底板只承受正应力，所以
MPa MP d 120][a 80.4662181371003968.6=≤=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯=ττ 满足要求
总结：经验算，跨中上下缘均为压应力，且满足相应的安全系数，结构为全预应力结构，预应力钢束布置合理，结构受力安全。
参考文献：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)》。