有限元分析软件（迈达斯 Midas）学习资料：组合结构计算原理、钢-混凝土组合桥梁分析实例

MIDAS 目录 一、 组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加 2组合截面应力计算方法 3.虚拟荷载法计算混凝士板降温效应 4.基于有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩、徐变效应 二、钢-混凝土组合桥梁分析实例 1项目简介 2.单元划分及SPC导入联合截面 3.边界及施工荷载 4设置施工阶段及施工阶段联合截面 5.使用阶段一 活载及沉降

目录 一、组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加 2.组合截面应力计算方法 3.虚拟荷载法计算混凝土板降温效应 4.基于有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩、徐变效应 二、钢-混凝土组合桥梁分析实例 1.项目简介 2.单元划分及SPC导入联合截面 3.边界及施工荷载 4.设置施工阶段及施工阶段联合截面 5.使用阶段——活载及沉降

MIDAS 一、组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加 架设钢箱自重效应 莒 三 62.0- 寸 号 50.0- 自重荷载效应 项目 数值 备注 弯矩M -118458551.010000钢箱自身效应 钢箱刚度虹 129364655770.800000 钢箱自身抗弯惯距 注 M/I -0.000916 曲率 钢材顶应力点yst 1.此阶段仅架设钢箱，内力及应 1228.820600 钢材底应力点ysm 421.181400 相对钢箱自身形心坐标 力仅与钢箱本身的截面特性有关。 钢材顶应力 -1.13 钢材底应力 曲率x至形心距离 2.查看结果时选择part1即可。 0.39

一、组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加——架设钢箱自重效应 注: 1.此阶段仅架设钢箱，内力及应 力仅与钢箱本身的截面特性有关。 2.查看结果时选择part1即可

MIDAS 组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加一桥面板湿重 2 2.6 2.11.61.2 0.80.5 03 0.1 0.0 .1 -0.9 -0.7 -0.5 -0.4-0.3-0.2010.0-00 混凝土湿重荷载效应 项目 数值 备注 查矩M -339345000.000000混凝土湿重效应】 钢箱刚度红 129364655770.800000 钢箱自身抗弯惯距 X/I -0.002623 曲率 钢材顶应力点st 1228.820600 钢材底应力点ysm 421.181400 相对钢箱自身形心坐标 钢材顶应力 -3.22 钢材底应力 1.10 ■曲率x至形心距离 注 此阶段混凝土桥面板在钢箱上浇筑，混凝土湿重作为外荷载作用在钢箱上，内力及应力 仅与钢箱本身的截面特性有关。 2.此法施工应注意定义材料时将混凝土材料的自重修改为0，避免重复加载

一、组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加——桥面板湿重 注: 1.此阶段混凝土桥面板在钢箱上浇筑，混凝土湿重作为外荷载作用在钢箱上，内力及应力 仅与钢箱本身的截面特性有关。 2.此法施工应注意定义材料时将混凝土材料的自重修改为0，避免重复加载

MIDAS 一、组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加一叠合截面形成后应力 男 罩 600- 3.52.82.11.61.10.70.4020.0 2 2.6 2.11.61.20.80.5 0.30.100 5-1.2-1.0-0.7-0.5-0.4-0.2-0.1-0.1-0.0 .1 -0.90.70.5 -0.40.3 -02 注： 1.显然至此混凝土桥面板不受力，仅钢箱梁承受混凝土及钢的自重 效应。 2桥面板形成后二期荷载等后续荷载将有全截面承担

一、组合结构计算原理 1.组合截面形成过程中的应力累加——叠合截面形成后应力 注: 1.显然至此混凝土桥面板不受力，仅钢箱梁承受混凝土及钢的自重 效应。 2.桥面板形成后二期荷载等后续荷载将有全截面承担

MIDAS 组合结构计算原理 2.组合截面应力计算一 换算截面特性计算 be beq=be/aE Ac/dE 组合截麵形心 组合截面形心 凝士桥面板形C 合缅形心 钢梁形心 1o Is AsAc A0= Asys+ Acyc E QEAs Ac y= E Ac Ac I lo +Aod A=A3+ As+ QE E 注： 1. Is Acys yc通过AUTOCAD或其余工具比较容易得到。 Z.1A是中间值，不是最终换算截面特性

一、组合结构计算原理 2. 组合截面应力计算——换算截面特性计算 𝐼 = 𝐼0 + 𝐴0𝑑𝑐 2 𝐼0 = 𝐼𝑠 + 𝐼𝑐 𝛼𝐸 𝐴0 = 𝐴𝑠𝐴𝑐 𝛼𝐸𝐴𝑠 + 𝐴𝑐 𝐴 = 𝐴𝑠 + 𝐴𝑐 𝛼𝐸 𝑦 = 𝐴𝑠𝑦𝑠 + 𝐴𝑐𝑦𝑐 𝛼𝐸 𝐴𝑠 + 𝐴𝑐 𝛼𝐸 注： 1. 𝐼𝑠 𝐴𝑐 𝑦𝑠 𝑦𝑐 通过AUTOCAD或其余工具比较容易得到。 2. 𝐼0 𝐴0 是中间值，不是最终换算截面特性

MIDAS 一、组合结构计算原理 2.组合截面应力计算一 换算截面特性计算 输入截面及材料特性 项目 数值 备注 混凝士有效弹性模量修订系数 1.000000静力时为1，收缩、徐变根据右侧表格计算 混凝土弹性模量E© 34500.000000 《钢-混凝士组合梁》表3.1.5 钢材弹性模量s 206000.000000 《钢-混凝土组合梁》表3.2.7 工字钢As 341960.000000 钢材自身惯性柜Is 129364655770.800000 钢重心到自身顶距离 1228.820600 钢重心到自身底距离 421.181400AUT0CAD可得，惯性矩及重心均为至自身顶底距离 混凝土截AG 3016496.000000 截面特性中可查程序对应值：A Iyy Czp Czm 混凝土自身惯性矩Ic 24221374366.811800 混凝土重心到自身顶 150.243700 混凝土重心到自身底 199.756300 混凝士桥面板形心 213151 28RR7 组合截面形心 钢梁形机

一、组合结构计算原理 2. 组合截面应力计算——换算截面特性计算

MIDAS 一、组合结构计算原理 2.组合截面应力计算—换算截面特性计算 换算截面特性 项目 数值 备注 混凝士等效弹性模量Ecp 34500.000000 折算后弹性模量 弹模比nL=Es/Ecp 5.971014 钢弹模/折算后弹性模量 混凝土折算后面积Ace 505189.864078 混凝土面积/弹模比 Io 133421148079.805000 计算换算截面特性中间值 换算截面面积A, 203924.633935 dc 1428.576900 钢形心到混凝土形心距离 换算截面特性：lbL 549597058284.991000 换算截面惯性矩 换算截面特性：AoL 847149.864078 换算截面面积 ys 421.181400 钢材形心到底距离 yc 1849.758300 混凝土形心到底距离 换算截面特性：重心距顶高度 726.902184 换算后形心距全截面顶距离 换算截面特性：重心距底高度 1273.099816 换算后形心距全截面底距离 混凝土顶应力点yct 726.902184 混凝土底应力点ycm 376.902184 计算应力点距换算截面形心距离 钢材顶应力点yst 376.902184 钢材底应力点ysm 1273.099816

一、组合结构计算原理 2. 组合截面应力计算——换算截面特性计算

MIDAS 一、组合结构计算原理 2.组合截面应力计算一二 期荷载效应 0.520.420.330.250.190.130.080.050.020.01 0.990.800.630.490.360.250.160.090.040.01 深单元应力 荷载工况/荷载组合 C3:合计 步骤：最后 应力 部分 Part 2 3.192.582.041.561.150.800.510.290.130.03 -10.43-8.45-6.68-5.11-3.76-2.61-1.67-0.94-0.42-0.10 CSby C Sbz组合应力 C自由度 Sax (Yarping) 组合依orm1) C最大值 T+2 C1〔y,r C 2 (y,+:) C3ty-z】 G4 6-y.-2) 静力荷载效应 项目 数值 备注 注： 弯矩1 4500000000.000000用二期荷载校核比较方便 经合后抗弯刚度虹 549597058284.991000写引用“计算截面表格”中值 1换算为钢材后，计算混凝土应力需要除 N/I 0.008188曲率 钢材顶应力点yst 376.902184 弹模比。 钢材底应力点ysn 1273.099816 引用“计算截面表格”中值 混凝士顶应力点yct 2.应力结果通过选择“应力部分”查看钢 726.902184 混凝土底应力点ycn 376.902184 及混凝土的应力。 钢材顶应力 3.09 钢材底应力 -10.42 曲率x至形心距离 3.实际结构为了校核联合后截面特性查看 混凝土顶应力 1.00 混凝土应力需/弹模比 混凝土底应力 二期荷载的应力比较方便。 0.52

一、组合结构计算原理 2. 组合截面应力计算——二期荷载效应 注: 1.换算为钢材后，计算混凝土应力需要除 弹模比。 2.应力结果通过选择“应力部分”查看钢 及混凝土的应力。 3.实际结构为了校核联合后截面特性查看 二期荷载的应力比较方便

MIDAS 一 组合结构计算原理 2.组合截面应力计算—一 累计荷载效应 1.00.80.60.50.40.20.20.10.00.0 7.46.04.83.62.71.91.20.70.30.1 绿单元应力 芭就工双信载组合 C3:合计 步球低后 应力 部分 C C Ssy C S: Sby C Sbz组合应力 自由 0.50.40.30.30.20.10.10.00.00.0 -11.9-9.6-7.6-5.8-4.3-3.0-1.9-1.1-0.5-0.1 Sax (Warpine) 组合0Nrml】 个最大值 C1 (y,+t) C2y,+0 C34y,-) 4(y,-z) 成桥组合结构累计应力 阶段 荷载 混凝土顶混凝土底 钢材顶 钢材底 小结： 假设钢箱梁 钢箱自重 0.00 0.00 -1.13 0.39 1显然叠合梁的最终应力与施工工艺直接相 浇筑桥面板 混凝土自重 0.00 0.00 -3.22 1.10 关。 桥面板形成 无 0.00 0.00 0.00 0.00 2通过施工阶段设置中分离变量形式可以容 期荷载 期荷载 -1.00 -0.52 -3.09 10.42 易得到单项荷载的效应。 累计效应 -1.00 -0.52 -7.43 11.91 3组合截面应力及内力查看需选择“部分

一、组合结构计算原理 2. 组合截面应力计算——累计荷载效应 小结： 1.显然叠合梁的最终应力与施工工艺直接相 关。 2.通过施工阶段设置中分离变量形式可以容 易得到单项荷载的效应。 3.组合截面应力及内力查看需选择“部分

MIDAS 一、 组合结构计算原理 3.虚拟荷载法计算混凝土板升降温后应力 混凝士柜板形心 混凝士桥面板死形心 Po 湿士桥面板形心 凝士桥面板形○ 年手年手 yoc 组合截面心 组合截形○ + 组合截面形心 组合哉面形心 钢柔形恥 钢梁恥 钢梁形恥 钢深心 B.0.2虚拟荷载法可按下列步骤计算： B.0.3 组合截面各位置处的应力增量可按下列公式计算： 1 假定钢梁与混凝土之间无连接，混凝土桥面板在温度、收 混凝土桥面板截面： 缩等作用下产生自由形变ee, 2根据混凝土桥面板的应变及有效弹性模量求解虚拟荷载 -[+0]-是 (B.0.3-1) P:将该虚拟荷载P。反向施加于混凝土桥面板形心上，使混凝土 钢梁截面： 桥面恢复形变ee。 是+尝 (B.0.3-2) 3 恢复钢梁与混凝土桥面板之间的连接，释放P。,求解截面 应力。 4将以上3个步骤的应力进行叠加。 Po=EAe (ta,-tcae),Mo=Poyoe (B.0.4-7) 注： 1.仅混凝土板升降温，应力计算相对简单，可以通过上述过程非常容易得到其效应。 2收缩徐变与混凝土板降温效应相当，可通过同样方法得到，仅计算集中力P0方法不同

一、组合结构计算原理 3.虚拟荷载法计算混凝土板升降温后应力 𝜀𝑐 𝑃0 𝑃0 𝑦0𝑐 = + + 注： 1.仅混凝土板升降温，应力计算相对简单，可以通过上述过程非常容易得到其效应。 2.收缩徐变与混凝土板降温效应相当，可通过同样方法得到，仅计算集中力P0方法不同