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第4章直线桥设计计算输入11第1章直线桥设计计算输入利用本系统进行设计计算一般需要经过：离散结构划分单元，施工分析，荷载分析，建立工程项目，输入总体信息、单元信息、钢束信息、施工阶段信息、使用阶段信息以及输入优化阶段信息（索结构），进行项目计算，输出计算结果等几个步骤。本章将对输入数据进行详细说明。1.1直线桥原始数据约定1.单元的位置单元的位置由单元左右节点坐标唯一确定。单元左右节点的坐标为结构在总体坐标系内的坐标。所有矢量方向都从属于结构总体坐标系（与单元局部坐标系无关）。2.钢束的位置由钢束在自身局部坐标系内几何曲线的描述和钢束局部坐标系向结构总体坐标系的映射合成。映射的方法是输入钢束局部坐标系原点在总体坐标系中的坐标及坐标轴的夹角。3.荷载的方向：参见错误!未找到引用源。节1.2数据准备1.结构离散：在进行结构计算之前，首先要根据桥梁结构方案和施工方案，划分单元并对单元和节点编号，对于单元的划分一般遵从以下原则：对于所关心截面设定单元分界线，即编制节点号构件的起点和终点以及变截面的起点和终点编制节点号；不同构件的交点或同一构件的折点处编制节点号；施工分界线设定单元分界线，即编制节点号；当施工分界线的两侧位移不同时，应设置两个不同的节点，利用主从约束关系考虑该节点处的连接方式；边界或支承处应设置节点；不同号单元的同号节点的坐标可以不同，节点不重合系统形成刚臂；对桥面单元的划分不宜太长或太短，应根据施工荷载的设定并考虑活载的计算精度统筹兼顾。因为活载的计算是根据桥面单元的划分，记录桥面节点处位移影响线，进而得到各单元的内力影响线经动态规划加载计算其最值效应。对于索单元一根索应只设置一个单元。2.施工分析划分施工阶段，确定施工周期；各施工阶段的具体操作：包括安装的单元号、张拉的钢束号、添加的外力荷载、本阶段的内部、外部约束条件、挂篮的操作步骤、拉索单元的索力调整等等。第4章直线桥设计计算输入22用户务必要认识到，桥梁结构不同的施工方法将导致结构的最终成桥内力不同。施工阶段的划分，对于结构设计有很大的影响3.荷载分析施工荷载分析：运营荷载分析：1.3项目的建立1.用户通过“文件”下拉式菜单，选择“新建项目组”或“打开项目组”（如图1-1所示）；图1-12.通过“项目”下拉式菜单选择“创建项目”，或者在项目组管理窗口，通过右键来点击“创建项目”（如图1-2），此时弹出如图1-3所示的“创建项目”窗口。第4章直线桥设计计算输入33图1-2图1-33.输入项目名称、通过点击“浏览”来选择存储路径，在下拉条中选择项目类型。4.创建项目后，程序出现了如图1-4所示的界面。现在用户就可以根据事先的准备，输入数据了。在一个项目组中，创建一个新项目，或通过双击打开一个既有项目，程序均会出现如图1-4所示的数据文档窗口，在此窗口输入或查看所有的计算原始数据。1.4输入总体信息如图1-4所示，在打开数据文档后系统将自动进入总体信息输入界面，用户可通过右菜单，或“数据”下拉菜单，切换输入界面。第4章直线桥设计计算输入44图1-4此界面的最左侧是项目管理窗口。输入窗口的下部是图形显示窗口，用户可以用右键切换显示信息，以帮助用户判断输入数据的准确性，快速了解结构特征。1.4.1基本信息1.桥梁工程描述、结构备忘描述：用户可以在此输入备注性质的文字，来描述本项目的特点，以便于日后查看。2.计算类别：用户根据不同的需要选择不同的计算方式。计算内力、位移：掌握结构的基本受力状态；估算配筋面积：得到大致的配筋信息，初步掌握结构的设计要点；全桥结构安全验算：对结构设计进行复核、修正；优化计算拉索面积：对斜拉桥的拉索面积、张拉索力进行优化。当用户选择了不同的计算类别之后，程序会激活或关闭相应的按键、选项。如果是初步设计阶段则选择估算配筋面积，此时应在结构配筋估算信息对话框中指定预配置的钢筋或钢束类型等，以便估算的钢筋面积更接近真值。3.桥梁环境：选择桥梁所处的地理环境。程序在计算混凝土构件收缩徐变时使用。用户可以参考《公桥规》2004附录F。湿度：桥梁所处环境的湿度，在混凝土的收缩变形与徐变计算中需要该信息，从列表框中选择。对《公桥规》2004，一般填0.8。环境有强烈腐蚀性：在验算抗裂性时需要该信息；4.计算内容：用户选择本次计算所需要计算的部分。一般在估算预应力配筋时不计结构的收缩徐变；结构的非线性仅在特大跨径桥梁分析时使用，通常结构不需计算。5.附加信息：指定计算部分内容。包括以下几点：第4章直线桥设计计算输入55结构验算单元：在选择“全桥结构安全验算”时，填入需要验算的单元号，不填则默认为全部单元。组合计算类型：对应于规范的荷载组合类型。不填则默认为全部组合1-9，包括用户自定义组合。对于《公桥规》2004，各组合的意义参见……计算活载单元、计算活载节点：选择需要进行活载分析的单元、节点。不填则默认为全部单元。活载加载步长：进行活载影响线加载时的步长。填0时系统默认为1/50的跨径。步长越小，活载计算越精确，速度越慢。对于某些“没有跨径”的结构（只有一个约束），程序将无法进行加载，必须由用户填入加载步长。非线性荷载分级数：当计算内容中选择了几何非线性或梁柱非线性时，此窗口被激活。程序按用户输入的分级数将荷载分成n级逐步计算，每次计算都进行刚度矩阵修正，因此级数越高结果越精确，但计算时间越长。6.形成刚臂时决定节点位置的单元号：当多个单元共用一个节点号，且其节点位置不重合时，形成刚臂。此时，程序有一套默认的确定节点位置的规则。若此规则不能表达结构的实际情况时，用户可以在这里填入单元号，来改变系统的固定算法，系统将根据用户填入的单元来确定节点的位置。7.计算细节控制：生成调束信息：对进行“全桥结构安全验算”的预应力构件选择此命令，可使程序在计算时生成调束信息，便于进行调束工作。调束阶段号：用户填入需要产生调束信息的施工阶段号，不填默认为全部阶段。在选中“生成调束信息”时有效。生成调索信息：对进行“全桥结构安全验算”的含有拉索单元的结构选择此命令，可使程序在计算时生成调索信息，便于进行调索工作。桥面为竖直单元：选择此命令，将使桥面单元的左右截面为竖直截面。极限组合计预应力：由用户指定，在进行结构极限组合计算的时候，预应力的作用是否当作外力计入结构。根据《公桥规》2004，预应力构件的极限强度是不计预应力的。但对于一些预应力桥梁中的非预应力构件，预应力的作用力却对这些构件的极限组合内力有影响，比如预应力连续刚构的桥墩等构件。极限组合计二次矩：在按《公桥规》2004版进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑预应力二次矩。对预应力连续梁以外的其它结构，计算结果将不准确。极限组合计收缩、徐变：在按《公桥规》2004版进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑收缩、徐变。极限组合计温度：在按《公桥规》2004版进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑温度效应，包括结构升降温和梯度温度。极限组合计沉降：在按《公桥规》2004版进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑不均匀沉降的影响。结构重要性系数：在《公桥规》2004版中，根据结构的重要性确定的内力扩大系数。在《公桥规》85版中，圬工构件也需要此系数。8.规范：用户选择计算适用的规范。由于《桥梁博士》3.0可以按照多个规范进行验算，在输入单元材料、单元钢筋、预应力材料等信息时，必须使之与适用的规范相对应。9.更新显示：此按键在“输入单元信息”、“输入钢束信息”等各个输入窗口均有设置。用户通过点击此按键，更新图形显示区域的显示。10.帮助：此按键在“输入单元信息”、“输入钢束信息”等各个输入窗口以及各信息窗第4章直线桥设计计算输入66口均有设置。用户通过点击此按键，实时获得相应窗口的帮助信息。1.4.2钢束参考线定义单击“钢束参考线定义”按钮，打开钢束参考线定义窗口，如图1-5所示。图1-5参考线是用户输入复杂钢束时的有力工具，在4.6.3节中有钢束参考线的使用介绍。本节着重于钢束参考线的编辑。1.参考线列表用户在参考线列表里输入参考线的名称，选择参考线的类型：有限点式、分段函数式、参考线偏移式。2.参考线几何参数表选中类型后，中间一栏打开“参考线几何参数表”，具体填写方法如下：有限点式：用户在第一列填写“x坐标”值，在第二列输入与之对应的“y坐标”值。一组（x，y）坐标描述一个点，则由这些点相连而成的一条折线就是参考线。分段函数式：用户在第一列填写“控制点x”值，在第二列填写函数方程“f（x）”，在第三列填写“加密段数”。则每个“f（x）”描述其相应的控制点和前一个控制点之间的区段，并由其相应的加密段数均匀分割成多个有限点，整条参考线是由多个函数方程连接而成的一条分段函数曲线。参考线偏移式：用户在第一列填入既有参考线的名称，在第二列填入y向偏移量。由此将生成一条在既有参考线基础上经上下偏移的新参考线。以上输入时采用的坐标系和总体坐标系一致。3.自动生成参考线在窗口的右下角，填入相关的单元号，即可生成由这些单元的顶缘点或底缘点连接而成的一条“分段函数式”的参考线。第4章直线桥设计计算输入774.参考线示意图此窗口的左下角的“参考线示意图”可以显示参考线形状，5.检查信息可以对参考线输入进行检查，并提示出错信息。1.4.3估算配筋信息当工程计算类别为“估算配筋面积”时，“估算配筋信息”按键被激活，点击后出现如图1-6所示配筋信息窗口。图1-6程序会按照用户输入的配筋信息，根据构件类别，估算普通钢筋或预应力钢束筋在距离边缘0.1h处的面积。1.4.4初始状态信息点击“初始状态信息”按钮出现如图1-7所示窗口。用户可以通过此窗口，给某些单元施加初始轴力、初始位移。图1-7第4章直线桥设计计算输入88索引：单元号。1.5输入单元信息用户可以使用右键菜单或“数据”下拉式菜单，切换到单元输入窗口，如图1-8所示：图1-8数据文档窗口-单元信息1.5.1单元的基本信息1.节点号和顶缘坐标：单元左右节点顶缘或中点坐标位置的意义如图1-9所示用户可以手动逐个输入单元的左右节点号、左右节点坐标，也可以通过快速编辑器，编辑成批的单元信息。第4章直线桥设计计算输入99图1-92.单元的性质：钢筋混凝土：截面由混凝土和普通钢筋组成。按全截面计算结构内力，按开裂截面计算其应力和强度，验算时将验算裂缝宽度；预应力混凝土：截面由混凝土、普通钢筋和预应力钢筋组成。按全断面计算其应力，按开裂截面验算其极限强度。组合构件：截面由混凝土和钢材组成。按全断面计算应力。钢构件：截面只由钢材组成。按全断面计算应力。拉索：截面只由钢筋或钢材组成。只有当构件需要调整其轴力时，才有必要将其置为拉索单元。拉索单元只提供拉力，而不会产生其它性质的内力。圬工构件：截面由圬工材料组成。因圬工材料的性质差异很大，程序没有提供默认的圬工材料，需要用户自定义。全预应力构件：预应力混凝土单元验算是否一定要按全预应力构件验算。如果是，则验算时截面不准出现拉应力；如果否，则先按全预应力验算，不满足则按A类构件验算，仍不满足则按B类构件验算。现场浇注构件：当单元为混凝土构件时，此项被激活，由用户选择单元的施工方式。在《公桥规》（2004）中，现浇构件和预制、拼装构件的计算是有区别的。是否桥面单元：当前单元是否桥面单元。用于确定施工阶段的移动荷载（坐标荷载）作用位置和使用阶段影响线计算时单位荷载作用点位置，以及判断剪力影响线的突变位置。如果计算活载时计入非线性效应则也将据此确定活载的作用位置。简单的说，程序就是据此确定活荷载作用在哪些单元上。3.有效长度：对于受压构件，在此输入单元的有效长度lo，用于计算偏心受压构件的偏心距增大系数或轴心受压构件的稳定系数。参见《公桥规》（2004）第5.3项。4.自重系数：在计算单元自重时程序根据单元体积和材料的容重再乘以该自重调整系数，得出计算用的单元自重。系统默认的材料容重为：混凝土25KN/m3，钢材78.5KN/m3。用户可