V29-C04

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第四章直线桥设计计算的输入说明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。

第一节直线桥原始数据约定4.1.1 单元的位置单元左右节点的坐标为结构总体坐标系内的坐标,单元的位置由单元左右节点坐标唯一确定。

在数据的输入过程中,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)。

4.1.2 钢束的位置钢束的位置信息由两部分合成: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。

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。

4.1.3 荷载的方向系统约定所有荷载方向与结构总体坐标系一致为正,反之为负。

荷载的矢量输入只能输入总体坐标系下的分量。

第二节数据准备4.2.1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,不同单元的同一节点号的坐标可以不同,节点不重合系统形成刚臂;●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;●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。

4.2.2施工分析划分施工阶段,确定施工周期;施工杆件拼装与拆除、结构外部边界与内部约束描述、钢束的操作、加载过程分析注:对于桥梁设计工作经验较少的用户,务必要认识到,桥梁结构不同的施工方法导致的结构最终成桥内力是不同的。

4.2.3荷载分析施工荷载分析运营荷载分析4.2.4建立项目根据上一章系统的项目管理与操作所述,建立一个新的工程项目,鉴于项目数据的重要性,建立项目的位置宜设在特定的目录中,便于日常的计算机数据管理。

4.2.5输入数据使用数据菜单下的输入项目原始数据命令(F4),系统将打开如图4-3-1所示的数据文档窗口,在此输入或查看所有的计算原始数据,在编辑数据的过程中,应经常存盘保存数据,以免意外而丢失数据,造成不必要的损失。

在关闭窗口进行计算前应给予系统适当的时间存盘,因为Windows平台对文件存储设置了较长的缓冲时间。

最好是关闭本窗口,再执行项目计算。

数据文档窗口由3部分组成,上部为数据编辑窗口,下左为图形显示窗,下右为文本显示窗口,各窗口都支持鼠标右键菜单,可切换或操作一些特定命令,还可以使用设置菜单中的显示内容设定(F9)命令设置图形显示的特定信息。

第三节输入总体信息如所示,在打开数据文档后系统将自动进入总体信息输入界面,可随时通过右菜单切换输入界面。

●计算类别:根据不同的设计阶段选择不同的计算方式。

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。

如果是施工图设计则选择全桥安全性验算,图4-3-1数据文档窗口-总体信息优化计算拉索面积仅在斜拉桥的方案设计阶段使用。

仅当进行结构验算时才计算截面上的应力。

●计算内容:一般估算预应力配筋时不计结构的收缩徐变。

结构的非线性仅当特大跨径桥梁分析时使用。

在仅计算结构内力位移时,如果不指定进行荷载组合,则系统不进行荷载的组合,如果此时用户要求输出组合结果时,系统将报错。

●桥梁环境:计算混凝土构件收缩徐变时使用。

●附加信息:指定计算部分内容。

一般设计中采用组合1-3。

●形成刚臂时决定节点位置的单元号:在节点刚臂形成时,如果系统自动形成的刚臂信息不能表达结构的实际情况时,使用该命令改变系统的固定算法。

详见第十一章直线桥刚臂的形成原理。

第四节输入单元信息使用数据菜单的单元输入命令(或右菜单),可切换到单元输入窗口,如图4-4-1所示:4-4-1数据文档窗口-单元信息4.4.1单元的基本信息:一个单元的基本信息有:左右节点号、左右节点坐标、单元的类型、左右截面特征以及单元的性质: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。

按全预应力构件验算: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。

加载龄期(天):混凝土在单元第一次受力时已养护的天数。

自重调整系数: 在计算单元自重时根据单元材料的容重乘以该自重调整系数,系统材料的容重混凝土按25KN/m**3, 钢材78.5KN/m**3。

如果单元由1立方米30#砼组成自重系数为2 ,则总自重=25x.1x2=50KN。

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的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;拉索左节点为张拉端: 此项仅当单元性质为拉索时才有效。

选中此框则表示拉索的左端为张拉端, 否则拉索的右端为张拉端。

如果拉索安装时没有张拉力,则拉索的重量按照等效节点荷载原理施加到拉索的两端;如果安装时有初张拉力,则自重只等效到非张拉端,而张拉端的索力为初始张拉力。

优化计算和施工计算的拉索初始力都是指张拉端的索力,仅由张拉设备控制,没有重力的效应,在非张拉端则根据张拉端的内力考虑重力对索力的影响后计算得到。

单元特征系数:较少使用,单元的刚度、收缩徐变、温变等特征的修正系数,缺省为1。

截面描述:左、右截面特征:单击左截面或右截面,弹出截面特征描述对话框,如图4-4-3所示,截面的特征包括截面的几何信息(计算几何模量)、材料信息、配置的普通钢筋信息及附加截面的信息。

如果截面内有钢束穿过,系统在计算时自动根据钢束特征修正截面信息(钢束灌浆前截面特征中扣除孔道的影响,钢束灌浆后钢束的面积将换算到截面特征中)。

下面分别介绍:图4-4-3 截面信息输入对话框i.截面几何信息截面的几何信息可通过四种方式选择一种来输入,图形输入、节线输入、特殊输入和坐标输入,前三种输入方法比较常见,这里只介绍坐标的输入方法。

坐标输入中相对坐标的含义是指当前点的坐标为相对于前一点的坐标偏移量。

举例说明,如图4-4-4所示的矩形空心截面,按绝对坐标输入为:0 0 1000 0 1000 2000 0 2000 实区250 500 750 500 750 1500 250 1500 空区按相对坐标输入:0 0 1000 0 0 2000 -1000 0 实区图4-4-4 坐标断面示意图图4-4-5 有效宽度示意ii.截面材料:选择截面的材料类型,用户可使用工具菜单下的材料特征命令自定义新的材料类型。

iii.有效宽度: 较宽截面的有效分布宽度,在计算截面几何特征时只计入有效宽度内截面的特征,有效宽度外的部分只在计算单元自重时计入其重力的效应,此值若添0则表示该截面都是有效截面。

如图4-4-5所示,有效宽度为1500mm,则阴影部分只计自重不计其受力特征。

iv.截面钢筋:截面上配置的普通钢筋信息,注意截面钢筋输入时,钢筋的高度为正值表示距截面底缘的距离,为负值时表示距截面顶缘的距离。

圆形断面钢筋信息的意义是一个圆周配筋的根数及到表面的距离。

v.附加截面:支持附加截面是本系统的一大特点,彻底解决了组合截面较难模拟的问题,一个截面可由一个主截面(即当前截面)和3个附加截面组成,系统自动根据用户设定的截面几何特征和材料特征以及施工特征在各施工阶段合成有效截面。

附加截面对话框如图4-4-6所示。

例如,对于钢管混凝土这一类的结构,可以将钢管定义为一个截面,而混凝土定义为另一个截面。

同时,由于总是钢管首先受力,所以通常将钢管定义为主截面,砼为附1截面。

截面总计可由四种不同材料组成,分四次施工完成。

附加截面的几何描述、有效宽度等与前面所讲的完全相同。

其余几项的含义如下:计入自重阶段:当前附加截面自重参与作用的施工阶段号,如果添0表示与主截面同时计入。

参与受力阶段:当前附加截面与主截面共同开始受力的施工阶段号,如果添0表示与主截面同时参与受力。

图4-4-6 附加截面信息输入框相对位置:当前附加截面与主截面的对齐参考线之间的距离,如果本截面的参考线在主截面参考线的上方时,该值为正,反之为负。

混凝土龄期:当前附加截面混凝土第一次参与受力时混凝土已经养护的天数。

如果截面材料不是混凝土则该项无效。

对齐方式:分别选择主截面和本截面的参考线,参考线分为上下缘和中点处,如果参考线不对齐则采用相对位置来解决。

注:使用附加截面可用来模拟计算截面的不同材料、不同施工工序、不同混凝土龄期等对截面上各部分材料的应力非线性重分布的影响。

主截面的施工时间是单元的安装时间。

因而主截面必须是首先施工的截面,也即是首先受力的截面。

拉索特征:仅当单元的类型为拉索时有效,用于设定拉索的截面面积和拉索的材料类型。

4.4.2快速编辑器:由于单元的数据复杂,数据量庞大,故系统根据各种桥型的特点,提供了单元的快速编辑器,建议用户除非单元太特殊,否则尽最大可能使用快速编辑器编辑结构的单元特征。

为便于用户迅速掌握这些编辑器,在此详细说明如何使用快速编辑器;编辑器的思想主要是使用单元组的概念,充分利用截面特征的拟合和坐标的自动计算功能,减轻输入的工作量;(1)、直线:快速编辑直线单元组,系统将打开一个如图4-4-7所示的对话框。

直线单元组是指单元的顶缘或截面的高度中点位于同一根直线上,例如桥面单元组的顶缘、桥墩单元组或桥塔单元组以及斜腿刚架的斜腿单元组的中心线等等,其截面可由有限的控制断面经直线内插或按抛物线拟合而成。

单元的其它性质根据模板单元取用,现假设坐标的性质是单元顶缘的坐标,从图中可见,共要生成100个单元,各单元的坐标将根据分段长度和分段方向进行内插计算,各断面的截面特征根据两个断面(即起点和终点)直线内插得到;例如1#节点的坐标为(0,0),第51#节点,即50#单元的右节点坐标为(50,0),101#节点坐标为(100,0)截面的形成如图4-4-8所示:图4-4-7 直线单元组编辑器 图4-4-8 截面的形成示意1#节点处和101#节点处的断面是用户定义的控制截面,51#节点是系统经直线内插得到的其顶缘保持为一水平线,梁高和梁宽尺寸全部内插得出;相应地,在控制断面中定义的其它信息都将经直线内插得到;注意:对于控制断面,为使其内插有意义,必须保证控制断面的所有需要内插的信息都是相互对应的,即具有相似性,否则,不对应的信息内插将没有意义;对于抛物线图4-4-9 抛物线内插取用控制断面的原则示意从图4-4-9可以看出,所有的截面都必须经抛物线拟合而成,下面给出各节段截 面拟合所采用的实际控制截面:1#控制点的拟合类型没有意义;2#控制点的拟合类型适用于1# - 2#节段的所有断面,应选择向后抛物线,三个控制点为1#,2#,3#,如选择向前抛物线,由于2#节点之前没有3点,系统将自动按直线内插计算,这与实际不附;3#控制点的类型适用于2# -3# 节段的所有截面,应选择向前抛物线,三个控制点为1#,2#,3#,如果选择向后抛物线,则控制点将为2#,3#,4#,这与实际不符,将导致失去3#控制点的突变点;同理,4#控制点的类型适用于3# -4# 节段的所有截面,应选择向后抛物线;4#控制点的类型适用于4# -5# 节段的所有截面,应选择向前抛物线;(2)、拱肋: 快速编辑拱肋单元组,系统将打开一个拱肋单元组编辑对话框如图.4-4-10所示,拱肋单元组是指拱桥中拱肋单元,其截面高度的中点位于一根曲线上。