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基于MidasFEA的粘贴钢板加固效果分析基于Midas FEA的粘贴钢板加固效果分析摘要：本文以实际加固工程为依托，采用有限元软件对盖梁粘钢加固效果进行分析。
结果表明，粘钢加固减小了盖梁最大挠度，缩小了混凝土开裂范围，加固效果显著。
本文采用的Midas FEA有限元软件能方便有效地模拟粘钢加固，分析方法可以为同类加固工程的计算提供参考。
关键词：Midas FEA；粘钢加固；非线性分析Abstract: this paper, which is based on the actual reinforcement engineering, the finite element software to analyze capping beam glued steel reinforcement effect. The results show that the maximum deflection stick steel strengthening reduced the plate beam, narrowing the scope of the concrete cracking, reinforcement effect is obvious. In this paper, using the Midas FEA finite element software can effectively simulate the stick steel reinforcement, analysis method can provide a reference for similar calculation of the reinforcement engineering.Keywords: Midas FEA; Stick steel reinforcement; Nonlinear analysis1 概述某桥为跨径10m的简支板桥，全桥共13跨，桥面总宽18m，行车道宽16m，两侧人行道宽各1m。
基于MIDAS FEA的钢梁—钢吊柱节点有限元分析作者：周小溦来源：《建筑工程技术与设计》2014年第14期摘要：采用MIDAS FEA有限元软件对某工程钢梁-钢吊柱节点建立三维模型，对其进行弹塑性数值分析。
分析该节点在设计荷载作用下型钢的受力性能，并根据分析结果提出此类钢梁-钢吊柱节点的加强措施。
关键词：MIDAS FEA；钢梁-钢吊柱节点；弹塑性分析；有限元分析1 钢梁-钢吊柱节点概况某工程设计存在多个钢梁-钢吊柱节点，除按规范进行常规的钢结构构件设计外，为掌握型钢节点的受力性能，需对其进行有限元分析，并根据分析结果对节点构造进行完善或加强。
根据MIDAS Gen整体计算模型的分析结果，选取其中一个具有代表性的钢梁-钢吊柱节点进行有限元分析，该节点处所交汇的水平钢梁、钢水平斜撑的数量最多、各杆件受力均较大。
节点构造及各杆件几何关系如图1所示。
2 有限元模型的建立（1）材料：节点钢吊柱、钢梁、楼面斜撑梁均采用Q390钢。
钢材的本构关系采用范梅塞斯模型，按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第3.4.1条表3.4.1-1，Q390钢，厚度16～35mm，初始屈服应力为335N/mm2，弹性模量为206000 N/mm2，泊松比为0.3，型钢重量密度为76.98KN/m3。
不考虑钢材的硬化特性。
（2）单元：型钢采用三维实体单元模拟，单元形状为四面体；不考虑节点区域焊缝、螺栓连接对单元模拟的影响。
为保证计算精度，划分网格时，单元尺寸取50mm。
（3）坐标系：除整体坐标系外，为便于对各构件施加荷载，根据MIDAS GEN整体模型中各构件的单元坐标系，在MIDAS FEA中各构件断面处分别建立各自的局部坐标系。
（4）荷载：根据节点模型实际截取部位，从MIDAS GEN 整体模型中提取构件各单工况下内力标准值，并分别进行荷载组合，选取以下荷载组合，进行大震计算分析，具体详表1。
表中x、y、z表示各构件断面处的局部坐标系方向。
混合梁斜拉桥钢混结合段结构性能分析
混合梁斜拉桥钢混结合段结构性能分析
摘要：钢混结合段是混合梁斜拉桥设计的关键，其承担着两侧主梁传递来的巨大轴力，同时还需要
承担弯矩、剪力和扭矩的作用。
在设计中既要通过结合段将两侧主梁的内力进行平顺过渡，又要确保结合
段自身的安全可靠，因此钢混结合段的构造和受力一般都较为复杂，在设计中需要进行反复的计算分析，
确保其安全可靠。
本文以某混合梁斜拉桥的结合段为背景，采用杆系模型与实体有限元相配合的方法对结
合段在可能出现的各种最不利工况下的受力系能进行了详细的分析，并对其构造的合理性和结构的安全性
进行了评价。
可为此类结构的设计与计算分析提供借鉴参考。
关键词：钢混结合段过渡段计算分析有限元模拟
1引言
混合梁是组合结构的一种特殊形式，所谓的组合结构是指至少两种及其以上的建筑材料或结构类型相互接
合在一起，并且形成更加合理的构件或结构体系。
混合梁一般是指主梁沿纵桥向由钢材与混凝土两种不同材料
组成。
这种主梁形式最长应用的桥型是斜拉桥，混合梁斜拉桥的主跨梁体多为钢梁，边跨梁体多为为混凝土梁，
钢混结合段一般设置在主跨侧，也可更具实际情况设置在边跨侧。
混合梁斜拉桥由于其主跨采用钢梁，所以具
有跨越能力大的优点，而边跨采用混凝土梁从而起到了很好的压重作用且兼有可降低建桥成本的特点。
混合梁
斜拉桥的引入使得斜拉桥的跨径布置形式更加灵活，使得边中跨比例的合理范围更加宽广。
钢混结合段是混合梁斜拉桥设计的重点，其的构造一般可以分为钢梁加劲过渡段、钢混结合部和混凝土梁。
1.2 计算依据《工程建设标准强制性条文（城市建设部分）》（建标[2002]202号）《城市桥梁设计规范》）（CJJ11-2011）《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）《公路工程技术标准》）（JTGB01-2003）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)《桥梁结构用钢》(GB/T714-2000)《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2-2005）《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（CQJTG/T D66-2001）1.钢混结合段模型计算1.1节段模型的建立考虑圣维南原理对局部分析部位的影响，钢混结合段拱肋节段长度为7.6m，其中嵌入拱脚混凝土2m，拱脚混凝土按照图纸实际尺寸全部建立，节段模型示意图如图2.1.1所示。
图2.1.1 节段模型示意图（单位：mm）模型的计算采用大型有限元软件midas-FEA，混凝土采用3D实体单元，肋板、垫板、承压板采用2D板壳单元，不考虑拱脚、拱肋混凝土与拱肋钢板之间的滑移，建模中混凝土与拱肋钢板完全共节点处理，混凝土采用8节点六面体单元+6节点五面体单元，拱肋钢板采用4节点2D单元，模型中未考虑普通钢筋以及Y构前悬臂进入拱脚内部的预应力钢束。
模型边界条件为：拱脚底部完全固结处理（如图2.1.2所示），即拱脚底部节点约束X方向（纵桥向），Y方向（横桥向），Z方向（竖向）的位移，其中Y 轴的负方向指向为（中分带侧→人行道侧）。
图2.1.2 万平路桥钢混结合段有限元模型加载方法为：拱肋端部形心位置建立一个主节点，拱肋端部截面的节点为从属节点，两者之间建立主从约束（刚臂连接—见图2.1.2所示），将midas Civil 杆系模型中各种工况组合下对应的荷载（力及力矩）作为实体有限元模型的边界荷载施加在主节点上，荷载大小见下表。
midasfea_钢桥疲劳分析midas FEA Training Series钢桥的疲劳分析⼀. 概要1. 分析概要钢桥的疲劳裂纹⼀般是由焊接缺陷、结构的⼏何形状引起的应⼒集中、结构的应⼒变动幅度以及重复加载等原因引起的。
重复加载会引起疲劳裂纹发展，严重时会引起结构破坏，因此对抗疲劳较弱的部位应进⾏分析确定其抗疲劳能⼒。
本例题中钢桥采⽤焊接和螺栓连接，分析采⽤S-N 曲线⽅法即应⼒－寿命⽅法确定结构的疲劳寿命和损伤度。
2. 分析步骤疲劳分析的步骤如下：1) ⾸先做结构静⼒分析确定最⼤和最⼩应⼒的绝对值或者计算von Mises 应⼒，从⽽获得应⼒幅。
2) 当作⽤应⼒为变幅时，使⽤可将各应⼒幅组成起来的⾬流计数法(Rain flow counting)和S-N 曲线计算。
3) 考虑平均应⼒的影响确定疲劳寿命和损伤度。
建模→线性静⼒分析→应⼒疲劳分析→确认分析结果3. 疲劳分析的注意事项分析类型应为线性分析，且只对使⽤各向同性弹性材料模型的结构做疲劳分析。
线性分析后，使⽤得到的应⼒再做疲劳分析。
⼆. 疲劳分析的理论背景1. 疲劳分析疲劳是指在⼩于构件的屈服强度的荷载反复作⽤下构件发⽣破坏的现象。
疲劳分析的⽅法有应⼒-寿命法、应变-寿命法。
应⼒寿命法具有计算简单和分析速度快的特点。
midas FEA 中利⽤S-N 曲线使⽤应⼒寿命法进⾏疲劳分析。
2. S-N 曲线S-N 曲线是等幅反复荷载作⽤下的应⼒幅(stress amplitude, S)与构件到达破坏时的循环次数(cycle to failure, N)的关系曲线。
在静⼒分析结果中取最⼤绝对应⼒(maximum absolute stress)和最⼩绝对应⼒(minimum absolute stress)或范梅塞斯应⼒(von Mises stress)计算应⼒幅(stress amplitude)，然后使⽤S-N 曲线就可以知道发⽣疲劳破坏时的疲劳寿命和循环次数。
联合截面施工阶段分析方法（针对用户定义截面）联合结构是指由钢材和混凝土两种不同材料的构件，或者即使是一种材料但强度和材龄（如混凝土）不同的构件联合所构成的结构。
从前的分析方法是对联合前的各构件分别建立不同的模型，联合时对各构件进行刚性连接。
这种方法在进行静力分析时误差比较少，但考虑徐变和收缩等进行时间依存性分析时，就会产生很大的误差。
为了提高考虑材料时间依存特性时，对于联合截面分析结果的准确性，MIDAS/Civil提供了对联合截面进行施工阶段分析的方法。
进行联合截面施工阶段分析时，定义联合截面的方法有两种，Normal type和User type。
Normal type是指利用截面数据库中提供的联合截面(Composite section)或组合截面(SRC section)等已知联合前后各截面特性值的截面来定义的方法。
User type是指由用户来定义任意截面的特性值并将其在不同的施工阶段进行联合的方式。
关于Normal type的分析方法请参照技术资料「工字型钢混联合梁桥的施工阶段分析」，这里主要介绍一下在使用用户定义的方式进行联合截面施工阶段分析时，需要注意的事项和查看结果的方法。
下图为定义联合截面施工阶段的对话框。
（荷载>施工阶段分析数据>施工阶段联合截面）图1. 定义联合截面施工阶段的对话框Note!! 以上画面只有在定义了施工阶段和截面后才可以显示。
User typeNormal type输入步骤建模步骤与一般的施工阶段分析建模步骤类似，只需在此基础上再定义联合截面的施工阶段即可。
其定义步骤如下。
1. 定义材料和截面2. 定义时间依存性材料特性(选项)3. 建立结构模型(几何形状、边界条件、荷载)4. 定义施工阶段5. 定义施工阶段联合截面这里结合例题重点介绍根据施工阶段定义联合截面的方法。
☐例题例题模型为一由主梁和桥面板构成的两跨连续梁桥，施工阶段如图2所示由4个阶段组成。
1.2 计算依据《工程建设标准强制性条文（城市建设部分）》（建标[2002]202号）《城市桥梁设计规范》）（CJJ11-2011）《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）《公路工程技术标准》）（JTGB01-2003）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)《桥梁结构用钢》(GB/T714-2000)《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2-2005）《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（CQJTG/T D66-2001）1.钢混结合段模型计算1.1节段模型的建立考虑圣维南原理对局部分析部位的影响，钢混结合段拱肋节段长度为7.6m，其中嵌入拱脚混凝土2m，拱脚混凝土按照图纸实际尺寸全部建立，节段模型示意图如图2.1.1所示。
图2.1.1 节段模型示意图（单位：mm）模型的计算采用大型有限元软件midas-FEA，混凝土采用3D实体单元，肋板、垫板、承压板采用2D板壳单元，不考虑拱脚、拱肋混凝土与拱肋钢板之间的滑移，建模中混凝土与拱肋钢板完全共节点处理，混凝土采用8节点六面体单元+6节点五面体单元，拱肋钢板采用4节点2D单元，模型中未考虑普通钢筋以及Y构前悬臂进入拱脚内部的预应力钢束。
模型边界条件为：拱脚底部完全固结处理（如图2.1.2所示），即拱脚底部节点约束X方向（纵桥向），Y方向（横桥向），Z方向（竖向）的位移，其中Y 轴的负方向指向为（中分带侧→人行道侧）。
图2.1.2 万平路桥钢混结合段有限元模型加载方法为：拱肋端部形心位置建立一个主节点，拱肋端部截面的节点为从属节点，两者之间建立主从约束（刚臂连接—见图2.1.2所示），将midas Civil 杆系模型中各种工况组合下对应的荷载（力及力矩）作为实体有限元模型的边界荷载施加在主节点上，荷载大小见下表。
表2.1.1 荷载工况组合下最不利荷载值模型中拱脚混凝土和钢管拱内混凝土采用C50混凝土，其各项力学参数为：弹性模量：3.45×104 MPa，剪切模量：1.38×104 MPa，轴心抗压强度设计值：f cd=22.4 MPa，轴心抗拉强度设计值：f td=1.83 MPa，泊松7比：0.2，线膨胀系数：1.0×10-5/℃，容重：γ=26.0 kN/m3，拱脚及钢管拱内混凝土有限元模型如图2.1.3所示图2.1.3 拱脚及拱肋混凝土有限元模型模型中拱肋采用Q345D 等级钢材，其各项力学参数为：弹性模量：2.06×105 MPa，剪切模量：7.9×104 MPa，泊松比：0.3，线膨胀系数：1.2×10-5/℃，密度：ρ=7.85×103 kg/m3，板厚≤16mm，抗拉、抗压、抗弯强度为315MPa, 抗剪强度185MPa。
拱肋N1/N2、纵肋N3、腹板端钢板N9、底座钢板N8、拱脚加强钢板N1有限元模型如图2.1.4所示图2.1.4 拱肋、纵肋、腹板端钢板、底座钢板、拱脚加强钢板有限元模型1.2基本组合（全部）钢混结合段应力分布①、拱脚混凝土应力分布基本组合下，拱脚混凝土纵桥向最大拉应力为2.507MPa，超过了C50抗拉强度设计值1.83MP，最大压应力为17.241MPa（出现在拱肋与拱脚交界面的位置），小于C50抗压强度设计值22.4 MPa。
拉应力在0.039MPa～2.507MPa仅有2.4%的区域，97.3%的区域应力水平在-7.367MPa～0.039MPa之间。
图2.2.2 基本组合（全部）拱脚混凝土横桥向应力云图基本组合下，拱脚混凝土横桥向最大拉应力为 3.077MPa（ANSYS模型中该位置处应力为3.503MPa），超过了C50抗拉强度设计值1.83MP，最大压应力为8.185MPa。
小于C50轴心抗压强度设计值22.4 MPa。
图2.2.3 基本组合（全部）拱脚混凝土竖向应力云图基本组合下，拱脚混凝土竖向最大拉应力为13.259MPa，出现在拱脚底面（拱肋内倾的反方向）。
ANSYS中该位置处12.171MPa。
远远超过了C50抗拉强度设计值1.83MP。
但应力云图中仅有1%的区域应力水平介于0.847MPa～13.259MPa之间。
图2.2.4 基本组合（全部）拱脚混凝土主拉应力云图基本组合下，拱脚混凝土主拉应力峰值为13.684MPa，出现在拱脚外侧（拱肋内倾的反方向）。
ANSYS中该位置处12.606MPa。
远远超过了C50抗拉强度设计值1.83MP。
从应力云图分布可以看出，有21.2%的区域主拉应力水平介于1.757MPa～13.259MPa。
图2.2.5 基本组合（全部）拱脚混凝土主压应力云图基本组合下，拱脚混凝土主压应力峰值为27.229MPa，出现在拱肋与拱脚交界面的位置，该峰值应力超过了C50抗压强度设计值22.4 MPa。
但从应力云图分布可以看出，仅有不到2.5%的区域主拉应力水平介于-8.839MPa～-27.229MPa之间。
（应力集中区域）②、拱肋混凝土应力分布图2.2.6 基本组合（全部）拱肋混凝土纵桥向应力云图基本组合下，拱肋混凝土纵桥向拉应力峰值为0.036MPa，压应力峰值为17.568MPa出现在拱肋与拱脚交界面的位置，从应力云图分布可以看出，99.3%的区域压应力水平介于-1.064MPa～-17.568MPa之间，拱肋混凝土几乎全部受压。
图2.2.7 基本组合（全部）拱肋混凝土横桥向应力云图基本组合下，拱肋混凝土横桥向拉应力峰值为3.152MPa，压应力峰值为11.635MPa，均出现在拱肋与拱脚交界面的位置，从应力云图分布可以看出，仅有0.1%的区域拉应力水平介于2.228MPa～3.152MPa之间，29.9%区域应力水平介于0.379MPa～2.228MPa之间，剩下区域全部受压。
图2.2.8 基本组合（全部）拱肋混凝土竖应力云图基本组合下，拱肋混凝土竖向拉应力峰值为0.066MPa，压应力峰值为17.115MPa出现在拱肋与拱脚交界面的位置，从应力云图分布可以看出，仅有 3.2%的区域拉应力水平介于-1.008MPa～0.066MPa之间，95.4%区域应力水平介于-9.598MPa～-1.008MPa之间，1.3%的区域应力水平介于-9.598MPa～-17.115MPa之间。
图2.2.9 基本组合（全部）拱肋混凝土主拉应力云图基本组合下，拱肋混凝土主拉应力峰值为3.948MPa，从应力云图分布可以看出，仅有1.2%的区域拉应力水平介于1.874MPa～3.948MPa之间。
基本组合下，拱肋混凝土主压应力峰值为27.870MPa出现在拱肋与拱脚交界面的位置，从应力云图分布可以看出，仅有7.2%的区域压应力水平介于19.226Pa～27.870MPa之间。
③、拱肋、纵肋、腹板端钢板、底座钢板、拱脚加强钢板应力分布图2.2.11 基本组合（全部）腹板端钢板N9、底座钢板N8应力云图基本组合下，腹板端钢板N9、底座钢板N8(BOT)最大MISES应力为23.536MPa，(TOP)最大MISES应力为25.045MPa，小于容许应力。
图2.2.12 基本组合（全部）拱脚加强钢板N1应力云图基本组合下，拱脚加强钢板N1(BOT)最大MISES 应力为54.162MPa ，(TOP)最大MISES 应力为60.697MPa ，小于容许应力。
图2.2.13 基本组合（全部）拱肋钢板N1应力云图基本组合下，N1(BOT)最大MISES 应力为179.993MPa ，(TOP)最大MISES 应力为154.704MPa ，小于容许应力。
图2.2.14 基本组合（全部）拱肋钢板N2应力云图基本组合下，拱肋钢板N2 N1(BOT)最大MISES 应力为127.621MPa ，(TOP)最大MISES 应力为125.668MPa ，小于容许应力。
图2.2.15 基本组合（全部）纵肋钢板N3应力云图基本组合下，纵肋钢板N3(BOT)最大MISES 应力为158.475MPa ，(TOP)最大MISES 应力为158.954MPa ，小于容许应力。
1.3 标准组合（全部）钢混结合段应力分布①、拱脚混凝土应力分布图2.3.1 标准组合（全部）拱脚纵桥向应力云图标准组合下，拱脚混凝土纵桥向峰值拉应力为1.995MPa（备注：出现拉应力原因主要是因为在拱肋强大的推力作用，拱脚混凝土为限制拱肋沿X轴反方向的变形），该峰值应力超过了抗拉强度设计值1.83MP，但应力水平介于0.940MPa～1.995MPa仅有0.1%的区域，最大压应力为14.875MPa（出现在拱肋与拱脚交界面的位置），小于轴心抗压强度设计值22.4 MPa，95.8%的区域应力水平介于-7.494MPa～-1.139MPa之间，拱脚混凝土纵桥向几乎全部受压。
图2.3.2 标准组合（全部）拱脚横桥向应力云图标准组合下，拱脚混凝土横桥向峰值拉应力为2.690MPa（拱肋的冲切造成的，ANSYS 模型中该处应力为3.304MPa），超过了C50抗拉强度设计值1.83MP，但仅有0.3%的区域应力水平介于1.466MPa～2.690MPa之间，最大压应力为-7.104MPa，小于C50抗压强度设计值22.4 MPa。
图2.3.3 标准组合（全部）拱脚竖向应力云图标准组合下，拱脚混凝土竖向拉应力峰值为10.640MPa（由拱肋内倾变形造成的，ANSYS模型中该处的应力为9.739MPa），峰值压应力为-17.442MPa（出现在拱肋与拱脚交界面的位置），仅有0.4%的区域应力水平介于 1.864MPa～7.129MPa之间，应力水平介于7.129MPa～10.640MPa之间的区域不到0.1%，56.2%区域压应力水平介于 1.646MPa～6.912MPa之间，41.1%区域应力水平介于-1.646MPa～0.109MPa之间。
图2.3.4 标准组合（全部）拱脚混凝土主拉应力云图标准组合下，拱脚混凝土主拉应力峰值为10.993MPa（由拱肋内倾变形造成的，ANSYS 模型中该处的应力为10.144MPa），但仅有1.1%的区域应力水平介于2.956MPa～10.993MPa 之间，49.5%区域压应力水平之间0.544MPa～2.956MPa。
