橋博計算原理

1、橋博系統(tǒng)計算原理第一節(jié) 系統(tǒng)引用的技術規(guī)范公路工程技術規(guī)范(JTJ01-88;公路橋涵設計通用規(guī)范(JTJ021-89;公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTJ023-85;公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范(JTJ025-86;公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范(JTJ024-85;第二節(jié) 截面計算原理(一截面特征計算:一般原則:系統(tǒng)截面特征計算只給出截面的換算截面特征數值;忽略有效分布寬度之外的截面部分對截面特征的影響;取截面組成材料中主截面的材料作為整個截面的基準材料,截面特征的數值均對應該種材料而言; 計算過程中計入普通鋼筋和預應力鋼筋對截面特征的影響。計算過程:根據截面施工狀態(tài)的定義,

2、整理截面上在當前階段參與工作的有效部分截面、 普通鋼筋以及預應力鋼筋的 信息;排除截面有效分布寬度之外的截面部分;計算有效截面的換算截面特征,以主截面的材料為基準;根據截面上通過的預應力鋼筋的信息修正截面特征, 如果鋼束未灌漿則計入管道對截面特征的削弱, 如果 鋼束已經灌漿,則計入其換算面積對截面特征的貢獻。(二荷載組合計算:1. 系統(tǒng)對橋梁設計荷載的效應進行荷載組合計算是根據系統(tǒng)定義的荷載類型來進行的。荷載組合分為承載能力 極限狀態(tài)荷載組合 I-III 以及正常使用極限狀態(tài)荷載組合 I-VI(包括施工階段荷載組合 V 及用戶自定義的荷載組 合方法 I-III 。使用階段中的結構重力效應是指施

3、工階段的累計效應。4. 荷載組合計算中如果某荷載效應量值全部為零則參與組合的荷載類型就沒有該荷載類型。5. 對于汽車荷載采用汽車 +人群與滿布人群比較取其中最不利者6. 對于掛車荷載采用掛車與特載比較取其中最不利者7. 對于溫度荷載的組合原則如下 :整體升溫和整體降溫作為其它可變荷載, 如果對總效應有貢獻則取其大者。 在施工階段作為施工活載參與組 合。 非線性溫度荷載也作為其它可變荷載, 對總效應有貢獻則計入其影響, 六組非線性溫度場中取最不利者計入 組合效應。即最終溫度荷載最不利效應是由整體溫變和非線性溫度場迭加而得到的。8. 對于其它荷載 1、 2、 3(施工階段為施工活載 1、 2、 3

4、 的組合原則如下 :其它荷載 1如果對總效應有貢獻則計入其影響其它荷載 2與 3如果對總效應有貢獻則計入兩者中的大者9. 凡同種荷載類型中組號不同者 , 則取最不利者計入。(三截面配筋計算:1. 配筋計算僅對鋼筋混凝土截面和預應力混凝土截面有效。2. 對鋼筋混凝土截面的配筋除受彎構件的配筋考慮正常使用階段的抗裂性要求外,其它的配筋計算均按承載能 力極限狀態(tài)強度計算。 按強度配筋時對于軸壓或偏壓構件將根據用戶提供的構件計算長度自動計入偏心距增大系 數。3. 對預應力混凝土截面的配筋分別考慮承載能力極限狀態(tài)的強度要求和正常使用階段的應力要求進行。4. 根據外荷載效應的特征截面受力形式可分為 : 軸

5、心受壓、軸心受拉、上緣受拉偏心受拉、下緣受拉偏心受拉、 上緣受拉偏心受壓、 下緣受拉偏心受壓、 上緣受拉受彎以及下緣受拉受彎共 8種構件受力類型分別給出截面上緣 配筋面積和下緣配筋面積。圓形截面的配筋是按照環(huán)形配筋計算的,總配筋面積 =上緣配筋面積 +下緣配筋面積;5. 根據組合特征對截面進行最大軸力、最小軸力、最大彎據和最小彎矩四種內力組合情況分別給出配筋面積并 取其中的大者作為系統(tǒng)建議的配筋面積。6.預應力構件的配筋計算中,對于超靜定結構存在預應力二次矩,所以估算的配筋面積尚需通過布筋后進行多 次結構試算得到。(四截面驗算計算:1. 只對鋼筋混凝土截面和預應力混凝土截面進行承載能力極限狀態(tài)

6、的強度驗算。強度驗算的依據完全按照公路 橋涵設計規(guī)范。在軸壓和偏壓構件強度計算時根據用戶提供的構件計算長度自動計入偏心距增大系數。2. 對鋼筋混凝土截面的正常使用極限狀態(tài)的驗算只考慮正常使用階段的抗裂性驗算,在施工階段的驗算分別驗 算截面混凝土和普通鋼筋的法向應力,計算中不計受拉區(qū)混凝土的作用。3. 其它截面的應力驗算完全按照彈性截面計算應力并給出應力驗算的結果。4. 在鋼筋混凝土和預應力混凝土截面的強度驗算仍根據外荷載效應的特征按軸心受壓、軸心受拉、上緣受拉偏 心受拉、下緣受拉偏心受拉、上緣受拉偏心受壓、下緣受拉偏心受壓、上緣受拉受彎以及下緣受拉受彎共 8種構 件受力類型分別給出截面強度驗算

7、結果。5. 根據組合特征對截面進行最大軸力、最小軸力、最大彎矩和最小彎矩四種內力組合情況分別給出驗算結果。6.圓形截面驗算時輸入的配筋信息是按照環(huán)形輸入的,參見截面設計文檔說明中的數據輸入方法解釋。第三節(jié) 預應力鋼筋 (束 應力損失計算原理 摩阻損失 s1:根據張拉的有效區(qū)域取得摩阻損失量值 , 計算同規(guī)范的計算方法; 錨具回縮等損失 s2:考慮反向摩阻的影響 , 特別是對超張拉的鋼束其超張拉的數值系統(tǒng)自動計算其伸長量并 以錨具回縮等變形的損失計算方法計算其松張的應力重分布; s3:目前該項損失為零,在計算先張法預應力構件時,可在張拉控制應力中預先扣除此項損失; 彈性壓縮損失 s4: 包括后張

8、鋼束對該鋼束的彈性壓縮損失以及結構的外載增量引起的彈性壓縮損失 , 根據 用戶的要求考慮或不考慮同一階段分批張拉預應力鋼束的彈性壓縮損失 , 考慮的方法是每張拉一根鋼束進行一次 結構響應計算 , 根據應變狀態(tài)計算各其它鋼束的彈性壓縮損失,即考慮張拉鋼束的二次矩影響; 松馳損失 s5: 根據張拉兩天后松馳 50%及 40天后松馳 100%插值計算其總松馳量并換算各階段的松馳增量 , 計算其松馳損失增量; 收縮徐變損失 s6: 只有在結構計算其收縮徐變響應時才根據收縮徐變的位移計算其應變增量 , 根據收縮徐 變應變增量來準確計算收縮徐變損失的增量 , 如果結構不計算收縮徐變響應 , 則該項損失為零

9、;第四節(jié) 混凝土結構的收縮徐變的計算原理系統(tǒng)對混凝土的收縮徐變的計算統(tǒng)一按照初應變理論采用增量理論計算的 , 徐變系數的計算采用交通部的 橋涵規(guī)范提供的計算公式和圖表精確計算:(, ( . ( ( (t a d f f f t t =+-+-04上式所用到的各種單元特征系數系統(tǒng)都自動從單元中計算得到 , 其它系數全部按照橋規(guī)給出的圖表擬合而成 , 該計算公式得到的徐變系數終值一般比規(guī)范中給出的 不要求十分精確計算時 的徐變終值系數要大一些。 使用階 段的收縮徐變計算時間由用戶根據實際情況確定,一般定為 3年。系統(tǒng)能夠計算組合構件的收縮徐變效應 , 也能考慮普通鋼筋的影響 , 并給出普通鋼筋的應

10、力增量。注:系統(tǒng)的時間坐標是從零開始的 , 根據各施工階段的施工周期建立整個施工階段的時間坐標 , 單元的各時刻的 齡期是根據用戶在定義單元時輸入的單元加載齡期考慮施工時間后得到的。 用戶輸入的單元加載齡期是指在該單 元第一次受力之前單元混凝土已被養(yǎng)護的天數 , 與施工時間坐標無關。系統(tǒng)中與徐變系數計算有關的輸入參數為:a 環(huán)境的相對濕度:在總體信息中輸入;b 單元的初載齡期:在單元信息中輸入;c 單元截面與大氣接觸的周邊長度:圖形和坐標輸入時系統(tǒng)自動計算, 節(jié)線和特殊輸入需要特別輸入, 節(jié)線輸 入時如果周邊長度輸入為 0或 1時,系統(tǒng)將自動取用外周邊長度,詳細參見截面輸入說明;d 收縮徐變計

11、算時間:施工階段根據各施工階段的施工周期建立時間坐標, 使用階段由用戶指定, 一般取三年 如果系統(tǒng)的收縮徐變計算不正常,則應仔細檢查上述參數的輸入是否正確。第五節(jié) 非線性溫度場計算原理系統(tǒng)對非線性溫度場的計算基礎仍然是初應變理論 , 溫度場的選取采用開放式的輸入方法 , 由用戶確定溫 度場的信息 , 系統(tǒng)首先計算非線性溫度場引起的結構截面初應變 , 進而得到初應力 , 即 :溫度自應力 , 再采用變 形協(xié)調理論計算其溫度次內力和次應力。由于系統(tǒng)在荷載組合時將非線性溫度場的結構效應與整體升溫或整體降溫疊加計算的 , 因而在確定截面溫 度分布時應考慮到已經輸入的整體升溫或降溫的情況 , 建議非線性

12、溫度場的基準溫度取用零度 , 整體的升溫或 降溫另外輸入 , 以便于修改結構的整體溫度變化。第六節(jié) 直線橋梁設計計算原理(一結構力學原理:直線橋梁結構計算采用 常規(guī)的位移法 進行, 即先形成單元剛度矩陣, 經坐標轉換后形成總剛度矩陣, 形成荷 載右端項,求解結構位移列陣,據此得到節(jié)點位移、單元內力以及支承反力。在此基礎上考慮施工階段, 采用增 量理論 ,逐步推進,逐步累計,獲得最終結構效應。對于結構總剛度矩陣的處理, 系統(tǒng)中有幾種特殊情況, 其一是邊界條件的處理, 對于剛性支承, 系統(tǒng) 采用沖 零置一法 ,如果有強迫位移,則在處理總剛之前將強迫位移引起的右端項形成,然后處理總剛,結構計算結束后

13、 再迭加其預處理結果;對于彈性邊界,則將彈性系數迭加到相應的總剛位置上;如果結構中存在主從約束關系, 則在形成總剛時將對應從約束剛度迭加到主約束位置上。結構的彈性邊界一般用來模擬基礎的非剛性支承或子結構節(jié)點出口剛度, 對于非線性支承邊界, 可通過多次 彈性系數的模擬, 最終得到較為準確的結果; 如果是空間構件可分多次帶彈性邊界的平面計算來得到較準確的結 果。例如對于系桿拱的橫梁計算,可先計算系梁在橫梁接頭處的彈性系數,再以彈性邊界條件作用于橫梁上,依 此計算橫梁的真實內力。結構的主從約束關系主要用于處理結構的各種位移不連續(xù)情況, 即結構中的各種鉸節(jié)點, 其中有單向鉸、 雙 向鉸等, 使用的方法

14、是在鉸節(jié)點處設置多于一個的節(jié)點號, 節(jié)點號之間用主從關系描述, 如果三個方向都有主從 關系則等價于節(jié)點處固結,即所有位移在此都連續(xù);結構的節(jié)點坐標, 系統(tǒng)是根據各節(jié)點單元通過的情況確定的, 對于節(jié)點不重合的情況下, 系統(tǒng)自動形成剛臂, 用戶無需輸入剛臂,僅在單元的節(jié)點坐標輸入時應輸入關心位置的坐標,詳見剛臂計算原理。掛籃的模擬采用子結構理論 , 將掛籃結構作為結構的一部分, 共同受力, 但坐標和聯(lián)結位置不斷變化, 其計 算原理參見掛籃計算原理部分。直線橋設計計算中的鋼束處理、 收縮徐變計算原理、 非線性計算原理(幾何非線性、 梁柱非線性和拉索垂度 非線性分別參照相應的計算原理說明,這里不再重復

15、說明。(二施工階段計算原理數據準備,首先安裝與拆除單元、調整邊界條件和內部約束條件、處理掛籃子結構形成新的結構計算模型。對 于計算模型中的節(jié)點坐標的形成以及各單元在本階段的剛臂信息的形成參見結構剛臂計算原理;計算邊界條件的變化對結構的效應 , 系統(tǒng)假定增加的支承沒有初始力。對于拆除的支承條件將根據上階段末該 支承的累計反力反向施加于結構上來計算結構的效應;計算主從約束關系的變化對結構的效應 , 假定增加的主從約束沒有初始力。對于拆除的主從約束條件仍根據上 階段該約束的累計內力反向施加于結構上 , 計算結構的效應;計算拆除桿件對結構的效應 , 對于拆除的桿件根據上階段該桿件的累計單元內力 , 將

16、其反號施加于結構上 , 計 算結構的效應;計算外部荷載效應 , 根據用戶提供的施工階段的永久荷載信息和移動荷載信息 , 計算其對結構的效應;計算前一階段臨時荷載在本階段去除后對結構的效應;計算掛籃的操作對結構的效應;調整單向支承邊界;記錄結構在本階段此時的永久荷載響應;計算本階段臨時荷載的效應;如果是帶索結構,則調整索力,同時調整單向支承,使結構計算至此時 , 拉索的累計張力為用戶在本階段設定 的索力。永久荷載效應以后的結構效應計入到臨時荷載中。如果計算預應力 :計算本階段的永久荷載和臨時荷載效應對本階段之前的工作鋼束的彈性壓縮損失 (如果鋼束未灌漿 , 計算 本階段張拉的鋼束扣除其有關前期損

17、失后對結構的效應和對其它鋼束的彈性壓縮損失影響;計算本階段拆除的鋼束對結構的效應及其對其它工作鋼束的彈性壓縮損失, 最終計算出所有工作鋼束由于彈 性壓縮應力損失后對結構的影響,調整單向支承,并記錄預應力的結構效應。如果計算收縮效應 , 則計算結構的收縮效應,并調整單向支承,記錄收縮效應;如果計算徐變效應 , 則計算結構的徐變效應,并調整單向支承,記錄徐變效應;計算預應力鋼束由于本階段收縮徐變所產生的應力損失和鋼束松馳應力損失后對結構的影響,調整單向支承, 并累加到預應力對結構的效應上;記錄本階段累計的結構效應;如果有升溫溫差則計算均勻升溫對結構的影響 , 并記錄其結構效應;如果有降溫溫差則計算

18、均勻降溫對結構的影響 , 并記錄其結構效應;如果有施工活載一 , 則計算施工活載一的結構響應 , 并記錄其結構效應;如果有施工活載二 , 則計算施工活載二的結構響應 , 并記錄其結構效應;如果有施工活載三 , 則計算施工活載三的結構響應 , 并記錄其結構效應;如果需要荷載組合則進行施工階段荷載組合計算;如果進行結構驗算則進行施工階段的截面應力驗算;所有計算結束后 , 通知控制系統(tǒng)該階段計算完畢。注 : 施工階段的移動荷載 , 系統(tǒng)是作為永久荷載計算的 , 主要是解決以坐標輸入最方便的永久荷載 , 例如主梁的橫 梁自重等。對于所有的計算內容 , 如果您沒有提供信息或您在控制信息中確定不要計算 ,

19、 系統(tǒng)則自動不進行該內容計算; (三使用階段計算原理系統(tǒng)使用階段計算是采用最后一個施工階段的結構計算模型 , 其計算過程如下 :數據準備整理施工階段的計算結果 , 將最終施工階段的總內力 , 作為結構重力(可能包括施工階段的收縮徐變和預應力 效應存入數據庫 , 同時記錄預應力引起的結構內力 , 以便在驗算截面的極限強度時將其扣除;將所有單向 支承轉化為雙向支承。計算用戶輸入的各種類型外力靜荷載的結構效應 , 并記錄其結構效應;計算結構在使用階段的收縮效應 , 并記錄其結構效應;計算結構在使用階段的徐變效應 , 并記錄其結構效應;計算預應力鋼筋 (束 在運營期間發(fā)生的收縮徐變及鋼筋松馳預應力損失

20、及其結構效應 , 并記錄其結構效應; 計算使用階段的升溫溫差效應 , 并記錄其結構效應;計算使用階段的降溫溫差效應 , 并記錄其結構效應;計算使用階段非線性溫度場的結構效應 , 并記錄其結構效應;計算使用階段強迫位移的結構效應 , 并記錄其結構效應;如果要計算活載效應 , 則計算結構的影響線;計算結構的活載結構效應;整理使用階段的結構效應計算結果 , 存入數據庫;進行荷載組合;如果估算配筋,則計算截面上下緣配置的鋼筋面積;如果結構驗算,則進行應力與強度的驗算;通知控制系統(tǒng)使用階段計算結束;對于所有的計算內容 , 如果沒有提供信息或您在控制信息中確定不要計算 , 系統(tǒng)則自動不進行該內容的計算。

21、對于非線性溫度場的計算 , 在不計算截面應力時系統(tǒng)只給出結構的二次內力 , 如果進行應力計算 , 則輸出的該項荷 載應力為截面的溫度自應力和結構內力重分布后的截面彈性應力 (溫度次應力 之和。(四優(yōu)化階段計算原理橋梁博士系統(tǒng)的恒載索力優(yōu)化采用的是以整個結構的彎曲能量最小為目標的;具體的計算方法是將各工作單元的面積充大數而將結構按一次落架求得拉索的索力 , 此索力即作為恒載的最優(yōu) 索力。優(yōu)化階段計算是采用使用階段的結構計算模型 , 其計算過程如下 :數據準備如果在總體信息中選擇計算類型為優(yōu)化計算拉索面積 , 則系統(tǒng)的計算過程如下 :1. 以整個結構的彎曲能量最小為目標求得拉索的最優(yōu)索力。2. 以

22、優(yōu)化索力增加 30%的效應模擬活載效應估算拉索的面積 , 拉索的應力控制按其材料的破斷應力的 30%控 制的。3. 如果您要求計算活載 , 則將估算的拉索面積賦給結構 , 恢復各單元的原來特征 , 調用使用階段的活載計算 模塊計算結構的活載效應 , 再以優(yōu)化索力 +活載效應估算拉索的面積。4. 通知控制系統(tǒng) , 優(yōu)化階段計算完畢。5. 在此計算后 , 系統(tǒng)為您提供的數據有 :5.1: 恒載優(yōu)化計算的結構內力位移結果 (包括拉索的優(yōu)化索力 5.2: 活載引起的最大與最小索力5.3: 拉索的索力包絡圖5.4: 拉索的估算面積圖如果在總體信息中選擇計算類型不是優(yōu)化計算拉索面積,并且是帶索結構,則系統(tǒng)

23、的計算過程如下 :1. 根據在優(yōu)化階段輸入數據中指定的拉索張拉力來源,計算整理各拉索的施工張拉力。如果拉索張拉力來源為按施工階段設定的索力, 則系統(tǒng)僅按用戶在各施工階段輸入的索力進行調索, 直 至拉索索力正好等于用戶指定的索力。如果拉索張拉力來源為以系統(tǒng)優(yōu)化的最優(yōu)索力為目標迭代計算拉索張拉力, 則系統(tǒng)首先按照用戶設定的 優(yōu)化方法, 計算各拉索的恒載最優(yōu)索力, 再以此索力為目標, 迭代求解各拉索最后一次調索應該調整的索力 數值, 然后將該索力傳遞給計算系統(tǒng), 進行正常的配筋或結構驗算。 其結果是, 按照用戶設定的施工方法和 拉索索力的調整過程, 以系統(tǒng)計算的施工張拉力進行施工計算, 最終累計的拉

24、索索力正好等于系統(tǒng)優(yōu)化的恒 載最優(yōu)索力。如果拉索張拉力來源為以用戶設定的目標索力為目標迭代計算拉索張拉力, 與上唯一不同的是目標索力 是由用戶指定的。注:如果拉索施工張拉力需要系統(tǒng)迭代計算, 并且拉索是進行多次索力調整, 則系統(tǒng)迭代計算的拉索施 工張拉力為最后一次的調整值; 因而, 各拉索在最后一次的索力調整信息需要用戶輸入, 但其具體數值沒有 意義。 例如, 如果 5號索的最后一次調整索力是在第 100階段, 則應在第 100施工階段中的索力調整對話框 中輸入 5號,索力調整到 -1KN ,其數值無意義,僅表示該階段 5號索需要調索,具體調整到多少索力值,由 系統(tǒng)根據目標自動迭代計算。2.

25、將拉索的施工張拉力傳遞給施工階段計算模塊。3. 通知控制系統(tǒng) , 優(yōu)化階段計算完畢4. 在此計算后 , 系統(tǒng)提供的數據有 :4.1: 如果需要優(yōu)化,提供恒載優(yōu)化計算的結構內力位移結果 (包括拉索的優(yōu)化索力 4.2: 拉索在最后一次調索階段的施工張拉力;注 : 在優(yōu)化計算過程中 , 優(yōu)化荷載的取用是根據用戶在優(yōu)化階段輸入的優(yōu)化方法和參與優(yōu)化計算的荷載信息以 及計入或不計入自重和二期恒載的信息來計算的 , 如果您輸入的信息不合理 , 優(yōu)化計算不能保證計算結果的正確 性,考慮到索力優(yōu)化的特殊性,系統(tǒng)的優(yōu)化荷載完全依賴用戶的輸入。(五活載計算原理結構的活載計算原則如下 :汽車荷載 : 汽車的沖擊系數是

26、系統(tǒng)自動根據跨徑計算的, 也可以用戶自己設定。 汽車荷載縱橫向折減系數應在 橫向分布系數中反映。掛車荷載 : 掛車荷載的計算只將輸入的掛車橫向分布調整系數計入到影響線中供活載計算模塊使用。人行荷載 : 根據您輸入的人行道寬度和人群荷載集度以及您輸入的人行荷載橫向分布調整系數 , 調整影響線 數值供活載計算模塊計算使用。滿布人群荷載 : 根據您輸入的滿人總寬度以及人群集度和滿布人行的橫向分布調整系數 , 調整影響線數值供 活載計算模塊計算使用。特殊荷載:為一種用戶自定義的驗算荷載 , 特殊荷載的計算只將您輸入的特載橫向分布調整系數計入到影響線 中供活載計算模塊使用。特殊車列:為一種用戶自定義的汽

27、車車列,只將特殊車列橫向分布系數計入到影響線中供加載使用。中 -活載:鐵路標準活載,只將中 -活載橫向分布系數計入到影響線中供加載使用(如果選擇高速列車,則采用 高速列車荷載進行計算。輕軌:地鐵荷載,只將輕軌橫向分布系數計入到影響線中供加載使用。注 1: 系統(tǒng)在荷載組合時將汽車 +沖擊力 +人群的效應與滿布人群的效應相比較取其大者 ; 將掛車荷載效應與特 殊荷載效應相比較取其大者 ; 在截面配筋或截面驗算時分別取用相應的規(guī)范限值。注 2: 如果用戶在總體控制信息中選擇了考慮梁 -柱非線性或考慮幾何非線性的一種或兩種 , 對于汽車和人群的 計算則全部考慮結構的幾何非線性影響來迭代計算其結構效應

28、, 迭代計算的過程是采用拖動坐標 , 同時考慮梁 -柱效應和拉索的垂度引起的非線性 , 結構各單元的初始內力是施工階段結束時的結構總內力。 對于掛車和特殊荷 載的計算未計入非線性的影響。 如果您選擇了幾何非線性而沒有選擇梁 -柱非線性 , 則系統(tǒng)忽略梁 -柱非線性。 對 于拉索的垂度引起的非線性系統(tǒng)自動計入。(六結構幾何、梁 -柱和拉索垂度非線性計算原理:在結構進行下次計算之前 , 修正節(jié)點的坐標值 , 重新計算單元的剛度矩陣 , 使結構的平衡位置建立在新的節(jié) 點位置上。根據單元的初始內力得到單元考慮梁 -柱效應的剛度矩陣 (幾何剛度矩陣 。結構的拉索垂度引起的非線性影響 , 系統(tǒng)是自動完成的

29、。注 :系統(tǒng)的幾何非線性和梁柱非線性計算實施方法是根據用戶在總體信息輸入中指定的荷載分級數來確定的。 如果荷載分級數為 0,則采用迭代計算完成,這在理論上講精度最高,但速度慢并且容易出現發(fā)散情況。 如果荷載分級數不為 0,則按照用戶指定的分級數進行有限次增量計算,例如,如果輸入為 1,其結果為: i 在下一個計算階段計算前 , 修正節(jié)點的坐標及單元的幾何剛度矩陣。如果結構是一次落架完成的 , 是否計算非線性的影響 , 取決于總體信息中結構的初始內力描述;ii 活荷載的計算將不考慮非線性的影響。如果大于 1,則施工階段和活荷載的計算都將考慮非線性的影響。(七結構單元剛臂形成原理系統(tǒng)在直線橋梁設計

30、計算時節(jié)點坐標以及相關單元的剛臂形成原則如下 :1. 如果該節(jié)點處通過的單元有水平單元 , 則系統(tǒng)將根據所有水平單元在該節(jié)點的截面中性軸坐標的平均值作 為該節(jié)點的坐標 , 所有通過該節(jié)點的單元在此處的剛臂為各單元此節(jié)點的截面中性軸坐標與該節(jié)點坐標的差值; 2. 如果該節(jié)點處通過的單元沒有水平單元 , 則按如下原則 :2-1:如果有豎向單元 , 則按所有豎向單元在該節(jié)點的截面中性軸坐標的平均值作為該節(jié)點的坐標 , 所有 通過該節(jié)點的單元在此處的剛臂為各單元此節(jié)點的截面中性軸坐標與該節(jié)點坐標的差值 ;2-2:如果沒有豎向單元 , 則按所有通過該節(jié)點單元在該節(jié)點的截面中性軸坐標的平均值作為該節(jié)點的坐

31、 標 , 所有通過該節(jié)點的單元在此處的剛臂為各單元此節(jié)點的截面中性軸坐標與該節(jié)點坐標的差值 ;3.如果平均值確定節(jié)點坐標不符合受力情況,則采用人為輸入決定節(jié)點坐標位置的單元號(在總體信息輸 入中設定;圖 11-6-1示出了系統(tǒng)剛臂形成的原理。 圖 11-6-1 剛臂形成示意如圖 11-6-1所示, 6、 7、 8為三個單元交與一點,節(jié)點號都為 4,但各自單元在該點的坐標不同,現說明系 統(tǒng)剛臂的形成過程,假定三個單元的截面形式都為矩形,即各自的中性軸都在截面的中點處(僅為繪圖方便, 幾何模型中 A 點為 6號單元節(jié)點 4處的中性軸位置, C 為 8號單元節(jié)點 4處的中性軸位置, D 為 7號單元

32、節(jié)點 4處的中性軸位置, B 為 A 與 C 的平均值位置(僅指 Y 坐標,其 X 坐標三點相同,則:i. 如果在總體信息輸入中不指定決定節(jié)點位置的單元號:由于 6、 8號單元都為水平單元,所以系統(tǒng)認為節(jié) 點 4的 Y 坐標位置為幾何模型中的 B 點(由 6、 8單元決定的平均值位置,計算模型中的 O 點對應幾何 模型中的 B 點,幾何模型中的 B-A 、 B-C 、 B-D 分別為 6、 8、 7號單元的剛臂,顯然這不符合剛臂的特征 ,因為節(jié)點的坐標應由剛度較大的單元決定,特別是在單元剛度相差懸殊的時候。ii. 如果在總體信息輸入中指定決定節(jié)點位置的單元號為 8:此時節(jié)點 4的 Y 坐標位置

33、為幾何模型中的 C 點 ,計算模型中的 O 點對應幾何模型中的 C 點,幾何模型中的 C-A 、 C-D 分別為 6、 7號單元的剛臂, 8號 單元沒有剛臂,正確。iii. 如果在總體信息輸入中指定決定節(jié)點位置的單元號為 6、 8,則結果與情況 i 相同,不妥。iv. 水平單元指傾斜度在 11度以下,豎直單元指離開豎向軸的偏轉角度小于 11度。注 1:在階段計算模型的圖形繪制中的節(jié)點坐標是根據上述原則形成的 , 結構的繪制是按照節(jié)點坐標給出的 , 系統(tǒng)沒有繪制剛臂的信息 ; 可以在結構的幾何外形圖中看到單元與節(jié)點的關系注 2:單元的兩端內力是指截面中性軸處的內力 , 位移則是節(jié)點處的位移 ;

34、對于單元的各種內力圖繪制中 , 系 統(tǒng)沒有繪制單元的剛臂 ;注 3:以上所指的截面中性軸全部是指全截面的換算截面的中性軸 ;注 4:系統(tǒng)在各施工階段都將根據單元截面的施工狀態(tài)調整截面的中性軸位置和單元的剛臂信息 , 特別在沿 截面高度方向上的分階段施工以及組合構件的收縮徐變計算中 , 如果中性軸位置的變動過大 , 對于單元的內力而 言有二義性 , 系統(tǒng)解決的方法是應力的計算是按照增量計算的,然后進行應力迭加,如 果截面中性軸在各加載階 段變動過大則截面上的內力累計值沒有意義,但其應力的累計值是正確的 ,因為應力的累計計算與中性軸無關。 各種彈性內力的應力都是按照單元受力時刻的截面中性軸計算截面

35、上的應力, 對于組合構件以及帶有普通鋼筋和 內嵌鋼板的截面的收縮徐變應力的計算是 按照初應變理論 , 考慮混凝土由于收縮徐變引起的截面應力重分布 (收 縮徐變自應力 以及收縮徐變次內力引起的截面次應力經迭加合成的。(八結構掛籃模擬計算原理掛籃模擬中,用戶需輸入的是掛籃的屬性信息以及掛籃的操作信息,所有荷載的處理由系統(tǒng)自動處理。前支點掛籃:一般用于斜拉橋的懸臂施工中,如圖 11-6-2所示。i. 掛籃安裝:如圖 11-6-3所示,掛籃單元參與結構受力,掛籃自重的等效節(jié)點力 P1、 P2作為外荷載計算其 結構效應,掛籃單元由于自重產生的內力由于在掛籃拼裝過程中已經發(fā)生,從主梁內力考慮,不計算自重

36、對掛籃單元本身的效應對主梁內力不影響(因為掛籃的外部約束在梁上,且為靜定約束;此類掛籃宜分 為 3個單元,因為在施工過程中,隨著拉索角度的變化,拉索在掛籃上的錨固位置也將不斷變化,在掛籃 上拉索錨固點的變化范圍的中間最好設置一個節(jié)點, 同時要保證掛籃單元伸出的長度一定超過待澆梁段的 長度,以便系統(tǒng)將現澆混凝土的重力等效到掛籃上。如果前支點對應的拉索為工作單元,則拉索在梁上的 節(jié)點號將被改為掛籃單元的節(jié)點號,直至掛籃錨固轉移后拉索的節(jié)點號才被改為原來主梁上的節(jié)點號。ii. 掛籃加載:將加載單元的自重乘以加載單元自重系數作為外荷載作用于掛籃上,其中單元本身的自重提高 系數已經被考慮,此處的自重系數

37、用來模擬單元的分次澆注,即一次只澆注部分混凝土;如圖 11-6-4所 示,待澆梁段的混凝土自重 Q 在此考慮,另外可通過坐標荷載輸入主梁的橫梁重量等集中荷載,該荷載系 統(tǒng)將自動通過坐標定位作用在掛籃上。iii. 轉移錨固:將拉索索力由掛籃上轉移到主梁上,同時放松掛籃內力。拉索的當前索力將因為結構內力的重 新調整而被改變。如圖 11-6-5所示,待冷鑄錨螺母擰緊、拉索的引伸桿松張后,系統(tǒng)將以一對平衡力 P 作用于新的結構上。iv. 圖 11-6-2 前支點掛 籃示意 圖 11-6-3 前支點掛籃安裝 圖 11-6-4圖 11-6-6 前支點掛籃拆除前支點掛籃使用方法如下:例如,如果有兩套掛籃,節(jié)

38、段施工過程為:前移掛籃到位、空掛籃張拉拉索(索力 1、澆注部分混凝土、 張拉拉索(索力 2、將拉索錨固于主梁上、張拉拉索(索力 3,錨固索力,則施工模擬數據如下: a 階段 I :拆除掛籃 1-2,安裝掛籃 1-2,吊點 1X 坐標 2*8,前支點對應索號 200 201。其中拆除掛籃 1-2 ,表示將前一掛籃位置的自重等效力消除;安裝掛籃 1-2,根據吊點 1的 X 坐標信息,將掛籃的自重等 效力作用于新的結構位置上。前支點對應的索號,表示如果該拉索參與工作,即錨于掛籃上,則將拉索 在主梁上的節(jié)點號置為掛籃的前支點節(jié)點號,形成新的結構受力模型;本階段一般不安裝拉索單元,因 為掛籃前移到位時,

39、由于掛籃自重的影響,將使主梁上緣受拉下緣受壓,此時需要進行結構的驗算,最 不利狀態(tài)應為拉索未安裝時;b 階段 I+1:安裝拉索單元,并調整索力(索力 1。此時由于拉索的張力有可能使主梁上緣受壓下緣受拉 ,即空掛籃張拉也需進行結構驗算;c 階段 I+2:掛籃加載單元,指定現澆單元號及自重的系數。驗算澆筑部分混凝土時結構的安全性;d 階段 I+3:調整索力(索力 2。驗算結構的安全性,準備澆筑剩余部分混凝土;e 階段 I+4:掛籃加載單元,指定現澆單元號及自重的系數。驗算澆筑剩余混凝土時結構的安全性;f 階段 I+5:安裝現澆單元,張拉預應力,轉移錨固拉索。此時現澆的單元開始受力,計入現澆單元的自

40、 重,掛籃單元退出工作,同時將現澆混凝土時掛籃的累計約束力反向作用于結構上,拉索在掛籃上錨固 力也將轉移到主梁上,同時進行內力的重分布;g 階段 I+6:調整索力(索力 3。將拉索索力張拉到位。后支點掛籃:用于一般懸臂施工橋梁。由于不存在調索問題,因而施工過程可大大簡化。節(jié)段施工過程如下:a 階段 I :拆除掛籃 1-2,安裝掛籃 1-2,吊點 1X 坐標 2*8,指定現澆單元號及自重的系數。其中拆除掛籃 1-2,表示將前一掛籃位置的自重等效力消除;安裝掛籃 1-2,根據吊點 1的 X 坐標信息,將掛籃的自重 等效力作用于新的結構位置上。 掛籃前移到位時, 由于掛籃自重的影響, 將使主梁上緣受

41、拉下緣受壓, 此 時需要進行結構的驗算,最不利狀態(tài)應為掛籃前移到位并且全部混凝土澆筑完畢;b 階段 I+1:安裝現澆單元,張拉預應力,轉移錨固掛籃 1-2。此時現澆的單元開始受力,計入現澆單元的 自重,掛籃單元退出工作,同時將現澆混凝土時掛籃的累計約束力反向作用于結構上。注意:在設計階段可以采用掛籃加載的方法計算結構的內力,但是在施工控制階段,由于掛籃加載時結構的 變形發(fā)生變化,所加載的主梁單元底模標高下降,但是此時所加載的主梁單元尚未參與工作,該部分位移無 法記錄,為方便控制,可取消掛籃加載工序,直接安裝單元。第七節(jié) 斜彎橋設計計算原理(一結構力學原理:斜彎橋梁結構計算采用常規(guī)的位移法進行,

42、 即先形成單元剛度矩陣, 經坐標轉換后形成總剛度矩陣, 形成荷 載右端項,求解結構位移列陣,據此得到節(jié)點位移、單元內力以及支承反力。在此基礎上考慮施工階段,采用增 量理論,逐步推進,逐步累計,獲得最終結構效應。對于結構總剛度矩陣的處理, 系統(tǒng)中有幾種特殊情況, 其一是邊界條件的處理, 對于剛性支承, 系統(tǒng)采用沖 零置一法,如果有強迫位移,則在處理總剛之前將強迫位移引起的右端項形成,然后處理總剛,結構計算結束后 再迭加其預處理結果;對于彈性邊界,則將彈性系數迭加到相應的總剛位置上;如果結構中存在主從約束關系, 則在形成總剛時將對應從約束剛度迭加到主約束位置上。結構的彈性邊界一般用來模擬基礎的非剛

43、性支承或子結構節(jié)點出口剛度, 對于非線性支承邊界, 可通過多次 彈性系數的模擬,最終得到較為準確的結果;結構的主從約束關系主要用于處理結構的各種位移不連續(xù)情況, 即結構中的各種鉸節(jié)點, 其中有單向鉸、 雙 向鉸等, 使用的方法是再鉸節(jié)點處設置多于一個的節(jié)點號, 節(jié)點號之間用主從關系描述, 如果三個方向都有主從 關系則等價于節(jié)點處固結,即所有位移在此都連續(xù);斜彎橋設計計算中的鋼束處理、收縮徐變計算原理分別參照相應的計算原理說明,這里不再重復說明。 (二施工階段計算原理數據準備,首先安裝與拆除單元、調整邊界條件和內部約束條件形成新的結構計算模型。計算邊界條件的變化對結構的效應 , 系統(tǒng)假定增加的支承沒有初始力。對于拆除的支承條件將根據上階段末該 支承的累計反力反向施加于結構上來計算結構的效應;計算主從約束關系的變化對結構的效應 , 假定增加的主從約束沒有初始力。對于拆除的主從約束條件仍根據上 階段該約束的累計內力反向施加于結構上 , 計算結構的效應;計算拆除桿件對結構的效應 , 對于拆除的桿件根據上階段該桿件的累計單元內力 , 將其反號施加于結構上 , 計 算結構的效應;計算外部荷載效應 , 根據用戶提供的施工階段的永久荷載信息和移動荷載信息 , 計算其對結構的效應;計算前一階段臨時荷載在本階段去除后對結構的效