midas操作例题资料-钢箱梁

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。

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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

规范8.2钢桥面板规定规范条款规范规定本例结果满足满足满足8.2.1行车道部分的钢桥面板顶板板顶板板厚16mm厚不应小于14mm加劲肋最小板厚不小于8mm纵向加劲肋宜等间距布置加劲肋厚度为8mm、14mm等间距6@600图3中J1尺寸代入公式8.2.3闭口加劲肋尺寸应满足式8.2.3tra3400tf3h'满足183.105

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立 面1:100立 面1:100865232145'6'8'6'5'3'32143'5'6'8'6'5'865232145'6'8'6'5'3'32143'5'6'8'6'5'A0A1A2平 面1:100平 面1:100865232145'6'8'6'5'3'32143'5'6'8'6'5'865232145'6'8'6'5'3'32143'5'6'8'6'5'A0A1A2

图2.1-1 钢箱梁构造图（一）

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立 面1:1005'6'8'6'5'4'32144'5'6'8'6'5'5'6'8'6'5'4'32144'5'6'8'6'5'A2A3平 面1:1005'6'8'6'5'4'32144'5'6'8'6'5'5'6'8'6'5'4'32144'5'6'8'6'5'A2A3

图2.1-2 钢箱梁构造图（二）

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立 面1:1008'6'5'321456788'6'5'32145678A4A3平 面1:1008'6'5'321456788'6'5'32145678A4A3

图2.1-3 钢箱梁构造图（三）

顶板J1钢箱梁操作例题资料

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。

50mm、ts14mmf、y345板肋宽厚比应满足式5.1.5-1，将hs1代入计

算，满足规范要求。

hs345 （5.1.5-1） 12tsfy4mmt0、4m1mT形钢加劲肋尺寸应满足式5.1.5-2和5.1.5-3，将b0s3shs051mmt、1mmfs4、543y、代入计算，满足规范要求。

bs0345 （5.1.5-2） 12ts0fy

hs345 （5.1.5-3） 30tsfy钢箱梁操作例题资料

闭口劲肋尺寸应满足式5.1.5-5和5.1.5-6，将bs170mm、hs288mm、ts8mm、fy345代入计算，满足规范要求。

bs345 （5.1.5-5） 30tsfyhs345 （5.1.5-6） 40tsfy3 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

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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。

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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

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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

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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

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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。

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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。

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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

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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。

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图3.4-4 跨度信息 图3.4-5 有效截面宽度

图3.4-6 显示计算结果

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

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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

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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。

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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。

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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

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图3.6-5 定义标准车辆荷载

图3.6-6 定义疲劳荷载

3.6.3定义移动荷载工况

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荷载>移动荷载>移动荷载工况

图3.6-7 移动荷载工况对话框

图3.6-8 定义移动荷载工况

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移动荷载分析控制中，公路桥梁常用影响线加载方式，而铁路、轻轨、地铁常用所有点加在方式，加载数量决定移动荷载分析的精度。结果可以选择仅输出最大值和最小值，或输出所有内力结果，以及是否输出应力。计算选项中选择输出指定结构组的分析结果，默认输出所有构件的分析结果。在较大模型分析时，通过此功能可节省计算求解时间和所用空间。冲击系数计算可以选择基频法和其他常用冲击系数计算方法。本例题选基频6.15，是取特征值分析结果中第一阶频率。

分析>分析控制>移动荷载分析

图3.6-9 移动荷载分析控制数据

3.7 支座沉降

荷载>沉降/Misc>支座沉降组 荷载>沉降/Misc>支座沉降荷载工况

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图3.7-1 定义支座沉降

3.8 定义施工阶段

荷载>施工阶段>定义施工阶段

图3.8-1 定义施工阶段

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图3.8-2 定义施工阶段

4 结合规范和Civil Designer进行设计

Civil程序建模完成后，可执行分析并查看分析结果。结合钢规进行设计需将分析结果导入Civil Designer程序。选择规范，设置设计参数，进行设计并查看结果。

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分析>运行分析

PSC/设计>CDN>创建新项目

图4-1 分析结果导入设计平台

4.1 CDN程序设置

选择钢规，勾选设计选项。 设计>规范>设计规范 设计>规范>设置

图4.1-1设计规范设置

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设计>构件>跨度 设计>构件>有效截面

计算有效截面与抗倾覆验算需要提前设置跨度信息。选择单元后，程序自动识别支承条件计算跨度。进行设计时均采用CDN生成的有效截面宽度及其特性，在工作树“边界>有效截面”表格中给出了3种有效截面特性值。无论用户是否将其添加至边界组，执行设计时程序自动按照规范选用对应的截面进行验算。例如：构件受力为正弯矩时（截面上缘受压、下缘受拉）时，对应“上部局稳剪力滞、下部剪力滞”的有效截面。负弯矩（截面上缘受拉、下缘受压）时，对应“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”的有效截面。柱构件轴心受压时，对应“上部局稳、下部局稳”的有效截面。

图4.1-2 跨度信息

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图4.1-3 有效截面特性值

设计>荷载组合>生成

荷载组合可自动生成，类型主要有基本组合、偶然组合、倾覆组合、挠度与预拱度组合、疲劳组合。

图4.1-4 荷载组合

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设计>设计变量>参数

工作树>模型>参数（勾选显示）

构件类型默认实腹式，对称轴自行选择，弯扭屈曲计算长度默认0，代表程序自动计算。欧拉荷载默认值0，代表程序自动计算。验算整体稳定时，等效弯矩系数β值默认1，按最不利赋值，也可自行根据弯矩图形状，依规范表5.3.2-2修改β值，验算时自动调取。根据规范设置疲劳抗力分项系数和损伤等效系数。

图4.1-5 构件参数设置及显示

设计>设计变量>倾覆

工作树>模型>倾覆轴（勾选显示）

点击自动生成，程序自动读取支座边界，自动生成空间倾覆轴线，用户也可添加。根据规范选取正交、斜桥及弯桥移动荷载计算方式。工作树中有倾覆轴线节点，勾选可显示。

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图4.1-6 倾覆设置及倾覆轴

设计>设计变量>疲劳 设置疲劳细节参数。

图4.1-7 疲劳细节设置

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设计>运行设计

图4.1-8 执行设计

4.2 规范条款及验算原理

4.2.1 轴心受拉构件强度验算

轴心受拉构件承载力应满足下式要求（高强度螺栓摩擦型连接处除外）：

≤A0f d (5.2.1-1) 0Nd式中：Nd——轴心拉力设计值；程序中为基本组合类型下最大内力值Fx值，从midas Civil“结果>结果表格>梁单元>内力”中取所有基本荷载组合的Fx-max。

A0——净截面面积。从截面特性值中获取。 当Nd＜0时，td0；当Nd≥0时，td0Nd/A0。 当𝜎td≤fd时，验算结果OK。当𝜎td＞fd时，验算结果NG。

4.2.2 轴心受压构件强度验算

轴心受压构件的强度应满足下式要求：

0Nd≤Aeff,cfd (5.2.2-1)

式中：Nd——最不利截面轴心压力设计值；程序中为基本组合类型下最小内力值Fx值，从midas Civil“结果>结果表格>梁单元>内力”中取所有基本荷载组合的Fx-min。

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Aeff,c——考虑局部稳定影响的有效截面面积。从Civil Designer工作

树“边界>有效宽度”表格中获取考虑局部稳定影响的有效截面A。

当Nd＞0时，cd0；当Nd≤0时，cd0Nd/Aeff,c。 当−𝜎cd≤fd时，验算结果OK。当−𝜎cd＞fd时，验算结果NG。

4.2.3 轴心受压构件整体稳定验算

轴心受压构件的整体稳定应满足下式要求：

NdNeyNez0AWWz,effy,effeff,c≤fd （5.2.2-2）

式中：Nd——轴心压力设计值，当压力沿轴向变化时取构件中间1/3部

分的最大值；

χ——轴心受压构件整体稳定折减系数，按附录A计算，取两主

轴方向的较小值；

Aeff,c——考虑局部稳定影响的有效截面面积。

ey、ez——有效截面形心在z轴、y轴方向距离毛截面形心的偏心距

离，如图5.2.2所示。

Wy,eff、Wz,eff——考虑局部稳定影响的有效截面相对于y轴和z轴的截面模

量。

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1、χ值计算

根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）附录A.0.1，轴心受压构件整体稳定折减系数，按下式计算：

≤0.2时：=111＞0.2时：=1（1+0）-222141（1+）022

其中，相对长细比按下式计算：

=fyE,crπfyE 0=0.2E,cr=π2E

2

fy通过分析以上公式，求得χ，仅需要、、E、 4个变量值，带入

以上公式即可求得χ值。χ取两主轴方向的较小值。α从Civil Designer“构件参数”界面获取；fy：根据现行《碳素结构钢》（GB/T 700）和《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591），从midas Civil材料库中获取屈服强度fy值。E：从midas Civil材料库中获取钢材的弹性模量值E值，参考《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）表3.2.7。根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）第A.0.2条计算，根据用户Civil Designer“构件参数”界面选择的“构件类型”、“对称轴”情况进行计算。

4.2.4 拉/压弯构件腹板应力验算

1、腹板应力计算点为（5，6，7，8，9，10）6个点。如图所示。

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图4.2.4-1 应力点

2、腹板剪应力应满足式（5.3.1-3）的要求。开口截面腹板弯曲剪应力可按式（5.3.1-4）计算，闭口截面腹板剪应力应按剪力流理论计算：

0≤fvd （5.3.1-3）

=式中：V——剪力设计值；

S、I——有效截面面积矩和惯性矩； tw——腹板厚度。

钢箱梁是闭口截面，按剪力流理论计算，需要考虑自由扭转产生的剪力，即VSItw （5.3.1-4）

VST+T=Mx，Kt=2Am tmin其中（Am为截面内实体中心线围成闭合ItwKt，

截面面积。tmin为截面最小厚度，包括闭合的顶板、底板、腹板最小厚度。）

3、平面内受弯实腹式构件腹板在正应力σx和剪应力τ共同作用下，应满足式（5.3.1-6）的要求：

0x≤1fdfVd （5.3.1-6）

22程序先计算点（t、b）位置毛截面应力：

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NdMydz0A0Iyy

再根据毛截面应力正负值对应有效截面特性值计算σ值，计算点（5，6，7，8，9，10）6个点：

Nd(MyNdez)z(MzNdey)y0++AIIyy,ezz,ee

最后考虑正应力和剪应力共同作用。

4.2.5 拉/压弯构件腹板最小厚度验算

腹板最小厚度应满足表5.3.3的要求：

钢箱梁分别计算左右腹板最小厚度，按最不利取值。根据设置加劲肋形式及钢材品种选择计算公式。τ值计算方法同4.2.4拉/压弯构件腹板应力验算。折减系数η根据注2计算。

4.2.6 拉/压弯构件腹板加劲肋验算

1、根据规范5.3.3-2，腹板横向加劲肋的间距a不得大于腹板高度hw的1.5倍，并应满足下列要求：

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1) 不设纵向加劲肋时，横向加劲肋的间距a应满足下式要求：

422hwa≤1 （＞1）2100t3457758（h/a）hwww (5.3.3-1a) 422hwa≤1 （≤1）58772100t345（h/a）hwww (5.3.3-1b)

程序令α=1.5hw、迭代差Δ=0.01hw，先将α代入5.3.3-1a，如不等式成立，则α=1.5 hw；如不等式不成立，则令α=α-Δ，再次代入计算，迭代，直到在α＞1 hw范围内不等式成立，得出α值。如果上述范围内迭代都不成立，则在0＜α≤1 hw范围内继续迭代，采用5.3.3-1b不等式计算α值。

如按上述方法无法得出有效α值，则输出为0，表示不需要设置横向加劲肋。

2) 设置一道纵向加劲肋时，横向加劲肋的间距a应满足下式要求：

422hwa≤1 （＞0.8） (5.3.3-2a) 120582100t900（h/a）hwww422hwa≤1 （≤0.8） (5.3.3-2b) 2100t9009077（h/a）hwww按1）中方法在α＞0.8 hw或0＜α≤0.8 hw范围内迭代计算输出a值。 3) 设置两道纵向加劲肋时，横向加劲肋的间距a应满足下式要求：

422hwa≤1 （＞0.64）187582100t3000（h/a）hwww (5.3.3-3a) 422hwa≤1 （≤0.64）2100t300014077（h/a）hwww (5.3.3-3b)

按1）中方法在α＞0.64 hw或0＜α≤0.64 hw范围内迭代计算输出a值。

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2、腹板横向加劲肋惯性矩应满足下式要求：

3 It≥3hwtw （5.3.3-4）

式中：It——单侧设置横向加劲肋时，加劲肋对与腹板连接线的惯性矩；

双侧对称设置横向加劲肋时，加劲肋对腹板中心线的惯性矩。

用户在进行实际工程项目布置横向加劲肋时，应大于程序给出的Itn值。 3、腹板纵向加劲肋惯性矩应满足下式要求：

3 Il≥lhwtw （5.3.3-5）

lhw

22.50.45≥1.5hw （5.3.3-6）

式中：Il——单侧设置纵向加劲肋时，加劲肋对与腹板连接线的惯性矩；

双侧对称设置纵向加劲肋时，加劲肋对腹板中心线的惯性矩。

a——腹板横向加劲肋的间距。

lhw式5.3.3-6规范中原为

222.50.45≤1.5hw，后发布勘误表修订

l2.50.45≥1.5hwhw为：。当α=0时：ξl=1.5；当α为正值时：按规

范5.3.3-6计算，如ξl计算结果＜1.5，取ξl =1.5。

4.2.7 拉/压弯构件翼缘板弯曲正应力验算

实腹式拉弯、压弯构件强度应满足下列规定：

NdMyNdezMNdeyz0++≤1MR，dyM，NRdRdz  （5.4.1-1）

NRd=Aefff （5.4.1-2）

MRd ,=yW,yeff f （5.4.1-3）

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MRd,=zWz,efff （5.4.1-4）

式中：Nd——轴心力设计值；

My、Mz——绕y轴和z轴的弯矩设计值；

Aeff——有效截面面积，其中受拉翼缘仅考虑剪力滞影响，受压

翼缘同时考虑剪力滞和局部稳定影响；

Wy,eff、Wz,eff——有效截面相对于y轴和z轴的截面模量，其中受拉翼缘

仅考虑剪力滞影响，受压翼缘同时考虑剪力滞和局部稳定影响。

Nd、My、Mz分别对应为基本组合类型下最大内力值Fx、My、Mz值，在midas Civil“结果>结果表格>梁单元>内力”中右键“查看最大值...”中获取。程序先计算点（t，b）位置毛截面应力，根据毛截面应力正负值对应有效截面特性值计算σ值，计算点为（1，t，2，3，b，4）。应力点位置见图4.2.4-1。

4.2.8 拉/压弯构件整体稳定性验算

弯矩作用在两个主平面内的压弯构件整体稳定应按下式计算：

NMyNdezMzNdeyd≤10+m,y+m,zNdNdyNRdM(1)M(1)Rd,yLT,zRd,zNNcr,ycr,z （5.4.2-3）

NMyNdezMzNdeyd≤10+m,y+m,zNNzNRdddM(1)M(1)LT,yRd,yRd,zNcr,yNcr,z （5.4.2-4）

式中：Nd——所计算构件中间1/3范围内的最大轴力设计值； My、Mz——所计算构件段范围内的最大弯矩设计值；

χLT,z——x-z平面内的弯矩作用下，构件弯扭失稳模态的整体稳定

折减系数，按本规范第5.3.2条的相关规定计算；

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χLT,y——x-y平面内的弯矩作用下，构件弯扭失稳模态的整体稳定

折减系数，按本规范第5.3.2条的相关规定计算；

χy、χz——轴心受压构件绕y轴和z轴弯曲失稳模态的整体稳定折

减系数，按附录A计算；

Ncr,y、Ncr,z——轴心受压构件绕y轴和z轴弯曲失稳模态的整体稳定

欧拉荷载；

βm,z——相对于Mz的等效弯矩系数，可按表5.3.2-2计算。 βm,y——相对于My的等效弯矩系数，可按表5.3.2-2计算。 1、程序内部自动计算Ncr,y、Ncr,z；Ncrπ2EA/2；Mcr,y、Mcr,z从Civil Designer构件参数调取，默认值为McrNcrW/2，允许修改；βm,y、βm,z从Civil Designer构件参数调取，默认值为1，允许修改。

2、χ值计算

1) 计算χy及χz值，同“轴心受压构件整体稳定性验算”。 2) LT,y、LT,z：根据规范公式（5.3.2-5）计算弯扭相对长细比：

Iyy,eLT,yfzy;LT,zMcr,yIzz,efyyMcr,z

3) 计算χLT,y、χLT,z值：根据附录A.0.1，计算整体稳定折减系数值： α从Civil Designer构件参数调取。按式A.0.1-3计算εLt,y、εLT,z：

LT,yLT,y0.2;LT,zLT,z0.2；

按式A.0.1-1计算χLT,y、χLT,z：

LT0.2时:LT1LT0.2时:LT

21114121LT121LT22LTLTLT 钢箱梁操作例题资料

4.2.9 抗倾覆验算

上部结构采用整体式截面的桥梁在持久状况下结构体系不应发生改变，并应按下列规定验算横桥向抗倾覆性能：

1 在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态。 2 当整联只采用单向受压支座支承时，应符合下式要求：

Sbki≥kS,sk,iqf (4.2.2)

式中：kqf——横向抗倾覆稳定性系数，取kqf =2.5；

∑Sbk,i——使上部结构稳定的作用基本组合（分项系数均为1.0）的

效应设计值；

∑Ssk,i——使上部结构失稳的作用基本组合（分项系数均为1.0）的

效应设计值。

1、自动确定倾覆轴线

图4.2.9-1 支座布置及倾覆轴线示意图

不同桥墩或桥台上的外侧支座两两相连，当满足其他所有支座均落在该连线所在的竖直平面同一侧时，该线将作为可能发生倾覆的倾覆轴线。图中，4-1、4-3为外侧支座，4-2为内侧支座。保证不同桥墩或桥台上的外侧支座两两相连时，其他支座均落在连线同侧的直线有4条，这4条倾覆轴线为（1-1

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2-1）、（2-1 3-1）、（3-1 4-1）、（1-2 4-3）。倾覆轴线为空间倾覆轴，在计算效应设计值时，考虑了空间倾覆轴。

2、抗倾覆验算

移动荷载力矩计算：计算方式1

Smv1*[qkiliPkicoseki]1.0*[qrilicoseri]移动荷载力矩计算：计算方式2

Smv1*[qkiiPkieicos]1.0*(qriicos)

式中：

μ——汽车荷载冲击系数；人群荷载时不考虑冲击，即μ=0。 qki——第i个车道荷载中均布荷载。 qri——第i个人群荷载中均布荷载

li——第i个人群或车道荷载所对应的桥长；即车道线落在倾覆轴所在竖

直平面外侧部分的长度；下图中：倾覆轴线(2-1,3-1)车道线1的l1为车道线1全长，车道线2的l1为车道线2在倾覆轴线(2-1,3-1)上

面部分。

Pki——第i个车道荷载中集中荷载值。

eki——第i个车道线上至倾覆轴线的垂直距离的最大值在x-y平面的投影。 eri——第i个人群荷载线上至倾覆轴线的垂直距离的最大值在x-y平面的

投影值

a——车道荷载或人群荷载作用线与倾覆轴垂直方向的夹角，<90°。

Ωi——第i个落在倾覆轴线外侧的车道或人群线与倾覆轴线围成的面积；

如图中车道线1与倾覆轴围成的区域采用斜线填充，这部分面积作为Ω1；车道线2与倾覆轴围成的区域采用圆圈填充，这部分面积记作Ω2。

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图4.2.9-2 车道线长度示意图

3、注意事项

1) 在进行支座脱空验算时，当不勾选“用户输入反力结果”时，程

序根据规范要求，调用的是基本组合下的结果，而非重新生成的倾覆验算荷载组合。当勾选“用户输入反力结果”时，程序将用户输入的反力数值与自动生成的移动荷载组合起来，验算支座是否出现拉力。故需要用户在勾选“用户输入反力结果”之后，重新生成一下荷载组合，才能保证验算结果的正确。

2) 抗倾覆验算中，应将荷载组合中的荷载工况拆成两部分考虑：一

是移动荷载（包括汽车和人群），二是除移动荷载以外的其他荷载。因为移动荷载产生的力矩是通过荷载的布置以及荷载数值直接得到的，而其他荷载是通过分析得到的结构反力，进而再计算的。也就是说，我们需要提取每个荷载组合中除移动荷载以外的其他荷载的组合效应，而移动荷载产生的力矩需要另行计算。

4.2.10 挠度验算及预拱度

计算竖向挠度时，应按结构力学的方法并应采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值，频遇值系数为1.0。计算挠度值不应超过表4.2.3规定的限值。

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钢桥应设置预拱度，预拱度大小应视实际需要而定，宜为结构自重标准值加1/2车道荷载频遇值产生的挠度值，频遇值系数为1.0。预拱度应保持桥面曲线平顺。

在“挠度I”的各荷载组合作用下，从midas Civil程序中获取每一跨内或悬臂梁端竖向位移DZ最大与最小值，程序规定位移向下为负值，当最大最小值异号时，取正负值绝对值之和，当最大最小值同号时，单独取绝对值最大值，此值作为挠度计算值，记为fa；挠度限值根据“设置>挠度限值”取值，默认主梁取l/500，悬臂端取l1/300；若fa≤fn，挠度验算满足要求，OK；若fa＞fn，挠度验算不满足要求，NG；

在“挠度II”的各荷载组合作用下，从midas Civil程序中获取每一跨内或悬臂梁端竖向位移DZ最小值，当最小值负值时，取绝对值；当最小值正值时，DZ=0，此值作为预拱度计算值，记为C。

4.2.11 抗疲劳验算

根据规范5.5.3—5.5.5及条文说明5.5.8进行抗疲劳验算。 1、参数取值

γFf：从疲劳荷载组合中获取荷载工况系数，程序自动生成荷载组合时，按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64)取1。

γMf：从Civil Designer构件参数获取。 ks：从Civil Designer疲劳对话框中获取。

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D：Civil Designer程序根据“跨度”定义自动识别模型界限点（主梁单元的起始节点、终止节点），验算点距离模型界限点的单元长度之和即为D值。某个验算点距离主梁界限点有两个，Civil Designer程序取两个值中的小值作为D值。该方法对单联模型、多联模型及梁格模型等都适用。

ΔC、ΔC：从Civil Designer疲劳对话框中获取。

γ：损伤等效系数，正应力γ=γ1M·γ2·γ3·γ4，剪应力疲劳验算γ=γ1V·γ2·γ3·γ4，γ1M、γ1V、γ2、γ3、γ4从构件参数中获取。

2、正应力抗疲劳验算

1) Δφ:按照规范公式（5.5.3）计算得到放大系数Δφ。 2) 按照规范公式（5.5.4-1）疲劳荷载计算模型Ⅰ验算：

FfΔPksΔDMf

ΔD：根据输入的ΔC“正应力细节类别”确定规范图5.5.8-1的疲劳曲线，即可根据lg(ΔC)、lg(ΔD)的横坐标、ΔC的疲劳细节类别和斜率，确定疲劳曲线上ΔD值。lg(ΔC)的横坐标为2×106次循环疲劳强度，lg(ΔD)的横坐标为5×106次循环疲劳强

21/3ΔC 计算。 度。也可根据条文5.5.8中ΔD=（）ΔC=0.7375σpmax-σpmin：Civil Designer程序按照疲劳荷载模型Ⅰ组合max工min工况，况、计算用户在主菜单“疲劳验算”>“验算应力点”中定σpmax和σpmin计算方法同“拉/压弯构件翼义的正应力点的正应力，

缘板弯曲正应力验算”σi计算。取所有组成σpmax和σpmin两者相减的绝对值结果|σpmax-σpmin|最大值。定义的疲劳正应力点均进行疲劳验算，取|σpmax-σpmin|最大值。所有应力计算均取用有效截面特

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性值并考虑刚度调整系数。

如果满足规范公式5.5.4-1要求，则结果OK，否则按照规范公式5.5.5-1疲劳荷载计算模型Ⅱ验算。

3) 按照规范公式5.5.5-1疲劳荷载计算模型Ⅱ验算：

FfΔE2ksΔCMf

σpmax-σpmin：疲劳荷载模型Ⅱ的σpmax-σpmin计算方法同疲劳荷载模型Ⅰ。 如果满足规范公式5.5.5-1要求，则结果OK，否则NG。 3、剪应力抗疲劳验算

1) 按照规范公式5.5.4-2疲劳荷载计算模型Ⅰ验算：

FfΔPΔLMf

ΔL：根据用户输入的ΔC“剪应力细节类别”确定规范图5.5.8-2的疲劳曲线，即可根据lg(ΔC)、lg(ΔL)的横坐标、ΔC的疲劳细节类别和斜率，确定疲劳曲线上ΔL值。Lg(ΔC)的横坐标106次循环疲劳强度，lg(ΔL)的横坐标为108次循环疲劳强为2×

度。也可根据条文说明5.5.8条：

20.2ΔR=ΔL=（）ΔC=0.457ΔC

100τpmax-τpmin：Civil Designer程序按照疲劳荷载模型Ⅰ组合max工min工况，况、计算用户在主菜单“疲劳验算”>“验算应力点”中定义的剪应力点的剪应力，τpmax和τpmin计算方法同“拉/压弯构件腹板应力验算”τi计算。取所有组成τpmax和τpmin两者相减的绝对值结果|τpmax-τpmin |最大值。定义的疲劳剪应力点均进行疲劳验算，

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取|τpmax-τpmin |最大值。所有应力计算均取用有效截面特性值并考虑刚度调整系数。

如果满足规范公式5.5.4-2要求，则结果OK，否则按照规范公式5.5.5-2疲劳荷载计算模型Ⅱ验算。

2) 按照规范公式5.5.5-2疲劳荷载计算模型Ⅱ验算：

FfΔE2ΔCMf

如果满足规范公式5.5.5-2要求，则结果OK，否则NG。

4.3 设计结果查看

CDN设计结果显示形式丰富直观，有表格、图形、构件计算书形式。工作树>结果中列出设计结果各验算项及参考规范条款。双击即可显示本验算项表格结果。表格结果中勾选某项设计结果参数，窗口同步显示图形结果，方便查看全桥模型包络图形及数值图形。

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图4.3-1 验算结果项

图4.3-2 表格结果及图形结果

双击表格中某验算位置或模型中构件，弹出此位置处所有验算项对话框，并可查看详细计算书。程序还可自动生成整体计算书，用户也可定制模板。

结果>计算书>构件计算书/整体计算书

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图4.3-3 详细计算书

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图4.3-4 整体计算书

5 结语

本文运用Civil有限元分析功能，和Civil Designer设计平台完成钢箱梁项目中建模分析及验算。对应用到的基本操作步骤、规范适用条款等都做详细说明，可拓展至钢板梁桥分析计算。

6 参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准. 公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015) .

北京: 人民交通出版社股份有限公司. 2015

[2]吴冲，强士中. 现代钢桥. 北京: 人民交通出版社. 2006