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斜桥与弯桥分析北京迈达斯技术有限公司2007年8月目录1. 斜桥 (1)1.1 概述 (1)1.2 斜交桥梁的受力特点 (1)1.3 建模方法 (2)2. 弯桥 (3)2.1 概述 (3)2.2 弯桥的受力特点 (3)2.3 建模方法 (4)2.4 弯桥建模例题 (5)1. 斜桥1.1 概述桥梁设计中，会因为桥位、线型的因素，而需要将桥梁做成斜交桥。
斜交桥受力性能较复杂，与正交桥有很大差别。
平面结构计算软件无法对其进行精确的分析，限制了此类结构桥型的应用。
1.2 斜交桥梁的受力特点a) 钝角角隅处出现较大的反力和剪力，锐角角隅处出现较小的反力，还可能出现翘起；（图1.2.1）b) 出现很大的扭矩；（图1.2.2）c) 板边缘或边梁最大弯矩向钝角方向靠拢。
（图1.2.3 ~ 图1.2.4）图1.2.1 斜交空心板桥支点反力图1.2.2 斜交空心板桥扭矩图图1.2.3 正、斜交板桥自重弯矩图（板单元）图1.2.4 正、斜交空心板桥自重弯矩图（梁格单元）这些效应的大小与斜交角度大小也有很大的关系，斜交角度越大，上述效应就越大。
一般来说斜交角度小于20度时，对于简支斜交桥的上述影响可以忽略。
如果斜交角度超过20度就必须考虑上述效应的影响。
设计人员还应根据实际情况，找出适当的处理方案。
1.3 建模方法对斜交桥梁多用梁格法建立模型。
可用斜交梁格或正交梁格来建模。
对于斜交角度小于20度时，使用斜交梁格是非常方便的。
但是对于大角度的斜交桥，根据它的荷载传递特性，建议选用正交梁格，而且配筋时也尽量沿正交方向配筋。
图1.3.1 斜交梁格与正交梁格2. 弯桥2.1 概述目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。
尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。
目前出现了很多小半径的曲线梁桥，特别是匝道桥梁更是如此。
此类桥梁具有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。
2.2 弯桥的受力特点a) 弯桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使梁截面处于弯扭共同作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多（图2.2.1）；图2.2.1 弯桥弯矩与扭矩b) 弯桥在外荷载的作用下，还会出现横向弯矩（图2.2.2）；图2.2.2 横向弯矩c) 由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。
Civil Designer连续梁-弯桥-跟随例题2014年4月23日北京迈达斯技术有限公司目录一、CDN模型及分析结果导入 (1)二、定义构件 (1)三、项目设计 (2)四、查看结果 (3)五、结果调整—调束 (4)六、结果调整—调筋 (6)七、柱的设计 (8)八、更新模型数据至Civil (9)一、CDN模型及分析结果导入1.运行midas Civil，打开模型“连续梁-弯桥-演示”，点击运行分析（点或者按F5键）；2.点击主菜单PSC（设计）>CDN>创建新项目（或点击创建新项目并执行设计）；3.在CDN中，点击模型>保存，将模型保存以“连续梁-弯桥-演示”保存；Tips：也可以通过Civil>导出模型和分析结果文件导出模型文件*.mct以及分析结果文件*.mrb后，打开midas CDN软件，模型>导入>导入Civil模型和结果文件（*.mct,*.mrb）。
二、定义构件1.点击主菜单模型>自动，选择目标点击全部选择，勾选名称，可以自定义构件的名称，验算位置选择各段，点击确认；（也可以手动定义构件，点击模型>手动，手动选择单元进行构件定义，并定义该构件的名称以及类型，点击确认；或者根据构件的类型进行构件定义，点击模型>类型，选择目标以及类型（梁、柱、基础、任意），点击确认；）Tips：定义构件可以选择三种方式：自动、手动、类型，定义好构件之后可以通过手动方式对已定义好的构件进行重新定义，在左侧工作树中显示定义完成的构件，可勾选是否显示或修改构件名称、类型等等，同时模型以定义完成的构件模式显示。
三、项目设计1.点击主菜单RC/PSC设计>设置，设置“设计参数”“验算选项”，验算选项部分勾选全选，该菜单整合了RC和PSC设计参数，以及按规范要求的验算选项；2.点击RC/PSC设计>生成，将Civil中的荷载组合完全导入至CDN中，同时，按承载能力、正常使用、弹性阶段优化荷载组合分类；（如未导入荷载组合，亦可点击自动生成，选择设计规范，自动生成荷载组合）3．点击RC/PSC设计>运行，选择目标完成设计；Tips:在初次设计时，也可以进行“一键设计”，无需定义构件，默认按每个单元即是一个构件进行快速设计，直接点击“RC/PSC>运行”即可;如果需要修改构件的设计参数，点击RC/PSC设计>参数。
钢筋混凝土板桥（弯桥）概述这个例题介绍使用MIDAS/Civil模拟钢筋混凝土板桥并进行结构分析的方法。
具体步骤如下。
1.打开文件和设定操作环境2.定义材料和截面3.使用节点和单元建模4.输入边界条件5.输入车辆移动荷载和静荷载6.运行结构分析7.查看分析结果结构概况钢筋混凝土板桥的结构概况如图3.1、3.2所示。
图 3.1 板桥的模型1,400单位 : mm(a) 立面图(b) 横截面 图3.2 板桥的尺寸桥台以及桥墩处的边界条件如图3.3所示。
支座点的可移动方向与该点处弯桥的切线方向一致。
图3.3 支承条件单位 : mm50,000设计要求如下：区分: 内容桥梁形式 : 钢筋混凝土板桥桥梁长度 : 15.0 + 20.0 + 15.0 = 50.0 m桥梁宽度 : 8.5 m铺装 : 沥青混凝土铺装 (t=8cm)桥面板 : 钢筋混凝土板 (t=100cm)设计车道 : 2车道弯曲半径 : R=130.0m荷载工况 : 恒荷载活荷载(城-A级车辆荷载、城-A级车道荷载)支座沉降材料 : 30号混凝土容重 : 混凝土沥青混凝土W c = 2.5t/m3W p = 2.3t/m3荷载组合 : 根据规范定义荷载的详细情况如下。
➢ 恒荷载1. 桥面板的自重 : 使用程序的自重输入功能2. 铺装 : 给板单元输入压力荷载 (2.3t/m 3×0.8 = 1.84t/m 2) 3. 栏杆: 给板单元输入压力荷载(1.859t/m 2)对栏杆荷载(图 3.4)的计算方式如下表所示。
图 3.4 栏杆的细部尺寸450单位 :mm 30230 70 120➢活荷载桥宽: 8.5 m桥面净宽: W c = 7.6 m设计车道宽度: 3.6 m·给2车道施加车辆移动荷载(城-A级车辆荷载、城-A级车道荷载)·冲击系数 L ≤ 5m, i = 0.3L ≥ 45m, i = 0活荷载的加载단위:m m1,88,5001,4506001,01,2006001,6004501,800D L24D B244503,0006003,0001,000450单位：mmC-AD(20)C-AL支座沉降这里把因地基沉降而引起的支座沉降量假设为1cm 。
Civil Designer连续梁-弯桥-跟随例题2014年4月23日北京迈达斯技术有限公司目录一、CDN模型及分析结果导入 (1)二、定义构件 (1)三、项目设计 (2)四、查看结果 (3)五、结果调整—调束 (4)六、结果调整—调筋 (6)七、柱的设计 (8)八、更新模型数据至Civil (9)一、CDN模型及分析结果导入1.运行midas Civil，打开模型“连续梁-弯桥-演示”，点击运行分析（点或者按F5键）；2.点击主菜单PSC（设计）>CDN>创建新项目（或点击创建新项目并执行设计）；3.在CDN中，点击模型>保存，将模型保存以“连续梁-弯桥-演示”保存；Tips：也可以通过Civil>导出模型和分析结果文件导出模型文件*.mct以及分析结果文件*.mrb后，打开midas CDN软件，模型>导入>导入Civil模型和结果文件（*.mct,*.mrb）。
二、定义构件1.点击主菜单模型>自动，选择目标点击全部选择，勾选名称，可以自定义构件的名称，验算位置选择各段，点击确认；（也可以手动定义构件，点击模型>手动，手动选择单元进行构件定义，并定义该构件的名称以及类型，点击确认；或者根据构件的类型进行构件定义，点击模型>类型，选择目标以及类型（梁、柱、基础、任意），点击确认；）Tips：定义构件可以选择三种方式：自动、手动、类型，定义好构件之后可以通过手动方式对已定义好的构件进行重新定义，在左侧工作树中显示定义完成的构件，可勾选是否显示或修改构件名称、类型等等，同时模型以定义完成的构件模式显示。
三、项目设计1.点击主菜单RC/PSC设计>设置，设置“设计参数”“验算选项”，验算选项部分勾选全选，该菜单整合了RC和PSC设计参数，以及按规范要求的验算选项；2.点击RC/PSC设计>生成，将Civil中的荷载组合完全导入至CDN中，同时，按承载能力、正常使用、弹性阶段优化荷载组合分类；（如未导入荷载组合，亦可点击自动生成，选择设计规范，自动生成荷载组合）3．点击RC/PSC设计>运行，选择目标完成设计；Tips:在初次设计时，也可以进行“一键设计”，无需定义构件，默认按每个单元即是一个构件进行快速设计，直接点击“RC/PSC>运行”即可;如果需要修改构件的设计参数，点击RC/PSC设计>参数。
midas关于斜弯桥-柔性梁格法如果解决实际问题的方面，介绍的都不是很详细，在此希望能通过此论题的开始，起到抛砖引玉的作用，一方面为困惑的设计人员深入了解，另一方面彼此交流互相提高弯桥的设计水平。
目前解决曲线桥梁计算方法有以下几种：1、空间梁元模型法2、空间薄壁箱梁元模型法3、空间梁格模型法4、实体、板壳元模型法第一种方法，是不能考虑桥梁的横向效应的，使用时要求桥梁的宽跨比不易太大。
第二种方法，是第一种方法的改进，主要区别是采用了不同的单元模型，考虑了横向作用如翘曲和畸变。
第四种方法，是解决问题最有效的方法，能够考虑各种结构受力问题。
第三种方法，是目前设计及科研中常采用的方法，其特点是容易掌握，且对设计能保证足够的精度，其中采用比较多的方法是剪力-柔性梁格法，能充分考虑弯桥横向的受力特性。
弯桥的受力特性如下：弯桥由于弯扭耦合现象的存在，其应力和变形不再仅仅是弯矩单独的影响，这样使得外梁弯曲应力大于内梁的弯曲应力，外梁的挠度大于内梁的挠度。
一般不主张采用加大外腹板高度的箱梁截面形式来改善受力特性。
剪力-柔性梁格法的原理是当梁格节点与结构重合的点承受相同挠度和转角时，由梁格产生的内力局部静力等效与结构的内力。
其实质是将传统的一维杆单元计算模式推进到二维计算模型，用一个二维的空间网格来模拟结构的受力特性有了以上的理论知识后便可以开始弯桥的设计，步骤如下：1、截面尺寸的拟订2、模型的划分3、模型特性的计算4、结果整理，并根据内力输出结果配筋5、检算各项设计指标：设置预偏心，支承反力的调整应力、挠度、裂缝宽度、斜截面承载力检算、抗扭检算等。
现以一三跨曲线梁桥为例说明以上的设计过程。
跨径20m+25m+20m;梁高1.6m，端横梁宽1.0m,中横梁宽度均为2.0m桥面宽为：净8+2x0.5m(防撞栏)；双支座径向距离5.0m,单支座设在横梁中心，曲线半径50.0m,其截面形式如下：目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。
MIDAS计算弯桥及汽车荷载方法对于弯桥，可以把它简化为单根曲梁、平面梁格计算，也可以用实体单元、板单元计算。
单根曲梁模型。
优点：简单，缺点：几乎所有类型的梁单元都有刚性截面假定、因而不能考虑桥梁横截面的畸变，总体精度较低。
梁格法。
优点：可以直接输出各主梁的内力，便于利用规范进行强度验算，整体精度能满足设计要求。
缺点：它对原结构进行了面目全非的简化，大量几何参数要预先计算准备，如果由计算者手工准备，不仅工作量大，而且人为偏差较难避免。
实体单元、板单元模型。
优点：与实际模型最接近，不需要计算横截面的形心、剪力中心、翼板有效宽度，截面的畸变、翘曲自动考虑；缺点：输出的是梁横截面上若干点的应力，不能直接用于强度计算；不能直接考虑预应力问题。
1 建模以直代曲，划分的单元越多，精度越高。
2 自重梁单元内外侧长度不等造成的扭矩，可通过施加偏心均布荷载或均布扭矩来调整。
3 汽车荷载计算依据规范，按静荷载修正的方法计算。
4 车道定义车道(板单元定义车道面)，车道的横向布置需由用户定义。
最好按偏载定义各车道位置，多车道的横向折减系数由程序自动计算。
程序不能自动考虑汽车荷载的纵向折减，当跨径大于150m时，用户应在定义移动荷载分析子荷载工况时，在系数中自行输入纵向折减系数。
5 注意a. 在定义车道中输入的跨度的用途有两个: 一个是程序根据输入的值按JTGD60-2004的4.3.1条自动选择公路-I级荷载Pk值、按4.3.5自动选择人群荷载标准值；二是用于计算冲击系数，当用户在分析>移动荷载分析控制中选择按输入的跨度计算冲击系数时，将按在定义车道时输入的跨度计算冲击。
b. 在定义车道时，选择跨度实始点的用途: 当用户在分析>移动荷载分析控制中选择按影响线加载长度计算冲击时，程序将根据跨度始点间的距离计算冲击。
6 连续梁桥的各跨跨度不同时，程序自动按在定义车道时输入的各跨跨度中最大值选用Pk值(偏于安全)。
