应用DrBridge计算预应力混凝土桥梁.pptx
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1、应用应用Dr.Bridge计算预应力计算预应力混凝土桥梁混凝土桥梁第一节桥梁博士的基本功能第二节桥梁博士的基本约定第三节桥梁博士系统项目的管理和操作第四节桥梁博士计算预应力混凝土结构第一节桥梁博士的基本功能直线桥梁斜、弯和异型桥梁基础计算截面计算横向分布系数计算输入、输出、打印与帮助系统返回目录1.1 直线桥梁1.钢筋混凝土、预应力混凝土、组合梁以及钢结构的各种结构体系的恒载与活载的各种线性与非线性结构响应;2.带索结构,可根据用户要求计算各索的一次施工张拉力或考虑活载后估算拉索的面积和恒载的优化索力;3.活载的类型包括公路汽车、挂车、人群、特殊活载、特殊车列、铁路中-活载、高速列车和城市轻轨
2、荷载;4.可以按照用户的要求对各种构件和预应力钢束进行承载能力极限状态和正常使用极限状态及施工阶段的配筋计算或应力和强度验算,并根据规范限值判断是否满足规范。返回本节1.2 斜、弯和异型桥梁1.采用平面梁格系分析各种平面斜、弯和异型结构桥梁的恒载与活载的结构响应。2.考虑任意方向的结构边界条件,自动进行影响面加载,并考虑了多车道线的活载布置情况,用于计算立交桥梁岔道口等处复杂的活载效应;3.最终可根据用户的要求,对结构进行配筋或各种验算。返回本节1.3 基础计算1.整体基础整体基础:进行整体基础的基底应力验算,基础沉降计算及基础稳定性验算;2.单桩承载力单桩承载力:计算地面以下各深度处单桩容许
3、承载力。3.刚性基础刚性基础:计算刚性基础的变位及基础底面和侧面土应力。4.弹性基础弹性基础:计算弹性基础(m法)的变形,内力及基底和侧面土应力;对于多排桩基础可分析各桩的受力特征。返回本节1.4 截面计算1.截面特征计算截面特征计算:任意截面的几何特征,可考虑普通钢筋、预应力钢筋、以及不同材料对几何特征的影响;2.荷载组合计算荷载组合计算:对本系统定义的各种荷载效应进行承载能力极限状态荷载组合I-III和正常使用极限状态荷载组合I-VI共9种组合的计算。3.截面配筋计算截面配筋计算:可以进行承载能力极限状态荷载组合I-III和正常使用极限状态荷载组合I-III的荷载组合计算,并进行6种组合状
4、态的普通钢筋或预应力钢筋的配筋计算;4.截面验算截面验算:可进行承载能力极限状态荷载组合I-III和正常使用极限状态荷载组合I-VI共9种组合的计算,并进行9种组合的应力验算及承载能力极限强度验算。1.5 横向分布系数计算1.6 输入、输出、打印及帮助系统能运用杠杆法、刚性横梁法或刚接(铰接)板梁法计算主梁在各种活载作用下的横向分布系数。系统全部输入数据均采用标准界面人机交互进行,采用三级检错。输入数据的过程中可同步以图形或文本查看输入数据的信息。计算结果可以按照用户的要求一次或多次输出,输出的方式有图形、表格及可编辑的文本。系统输出的各种结果,都可以随时在各种Windows支撑的外围设备上打
5、印输出。另外,Dr.Bridge系统提供了几百个条文的帮助。第二节桥梁博士的基本约定单位制数据填写格式返回目录2.1 2.1 单位制除非特殊说明,系统的基本单位设定如下:结构坐标与长度:m;力:KN;矩:KN-m;应力:Mpa(基础计算为Kpa);线位移:m;角位移:弧度;角度:度;面积:m*m截面几何信息:mm;裂缝宽度:mm;2.2 2.2 数据填写格式1.(-/-/)表达式)表达式:整数号码便捷格式为A-B/C(A-B/C):其中ABCABC皆为正整数,CC为增量值,缺省为1,括号内的表达式表示去除的号码,例如1-10/2表示1、3、5、7、9,而1-10/2(5-7)表示1、3、9,其
6、中5和7已被去除。2.(*)表达式)表达式:实数值便捷格式为(n*d)*m,d为实数,n表示数字d的重复次数,m表示括号内数字的重复次数。例如,在单元节段划分时(标准节段的划分),单元的分段长度表达为(2*3.0 4.0 2*5.0)*3,表示3.0 3.0 4.0 5.0 5.0 3.0 3.0 4.0 5.0 5.0 3.0 3.0 4.0 5.0 5.0 3.0 3.0 4.0 5.0 5.0。第三节桥梁博士系统项目的管理和操作项目的定义项目的使用规定项目的操作返回目录3.1 3.1 项目的定义为便于用户索引数据和方便系统管理,系统采用项目的概念来管理桥梁结构的分析与计算。3.1.1项目
7、的意义项目的意义3.1.2项目的内容项目的内容项目定义了结构分析计算所需要的所有信息,包括:结构分析计算的类型;该项目的输入方法和工作路径;该项目的所有输入数据文件;该项目的计算进程控制和最新状态信息。3.1.3项目文件项目文件3.1.4项目类型项目类型所有项目都必须有一个类型,目前有效项目的类型为“直线桥梁设计计算”和“斜弯桥设计计算”。项目内容是以两个文件存放在磁盘上的,即:项目文件(*.PRJ)打开项目的时候读入 状态文件(*.STS)自动装载,用来初始化项目的最后一次关闭时项目的状态。3.2 3.2 项目的使用规定1.编辑项目之前必须打开项目。2.项目执行之前必须打开项目。3.项目数据
8、输入输出之前必须打开项目。3.3 3.3 项目的操作项目计算的所有操作都设置在项目菜单和数据菜单中,其中项目菜单中的命令是有关项目的创建、打开、复制、关闭、查看、执行和停止执行等操作,而数据菜单则是对当前打开的项目的有关数据进行输入、输出等操作;第一次使用时选择项目中的创建命令来建立一个新的项目,下面举例说明项目的操作方法。某后张预应力简支板梁,跨径20米,配置4束3j15.24 高强度低松弛预应力钢绞线(ASTM 270K),结构共分为两个单元,三个节点,边界约束在1#与3#节点(仅为演示项目的操作方法,实际上应至少分8个单元,以保证计算精度)。3.3.1参数说明参数说明 使用项目菜单创建工
9、程项目命令来创建一个新的项目NEW.PRJ,系统将打开一个如图3.1所示的对话框,键入要创建的项目名称NEW.PRJ,选择项目计算类型为直线桥梁设计计算;图3.1 创建项目对话框3.3.2创建项目创建项目 选择确定,系统将打开如图3.2所示对话框,选择输入方法为人机交互输入,选择确定,项目建立完毕;图3.2 编辑项目对话框 图3.3 打开项目文件对话框 如果是打开一个已经存在的项目,则使用项目菜单的打开工程项目命令,系统打开一个如图3所示的对话框,键入有效的项目文件名,选择确定即可;3.3.2创建项目创建项目 结构计算总体控制信息 结构的单元特征信息 结构配置的预应力钢束信息 结构的施工过程信
10、息及边界条件 结构运营期间可能承受的荷载信息3.3.3输入原始数据输入原始数据 使用数据菜单的输入项目原始数据命令(或F4功能键),系统将打开如图3.4所示的输入窗口,按图4添好数据。使用数据菜单的输入单元特征信息命令(或在输入窗口中使用鼠标右键弹出右菜单切换到单元信息输入),系统将切换到如图3.5所示的单元信息窗口。3.3.3输入原始数据输入原始数据图3.4 总体信息窗口 图3.5 单元信息输入窗口 输入单元信息:1#单元的左节点号为1,右节点号为2,单元左端的顶缘的X坐标为0,Y坐标为1(单元梁高为1米),单元右端的顶缘的X坐标为10,Y坐标为1,单元龄期为28天,单元的性质为预应力砼构件
11、,选中单元验算时一定要按照全预应力构件验算。输入单元的截面信息:鼠标点取左截面按钮,弹出图3.6所示的对话框,鼠标点取图形输入按钮,弹出桥梁横断面几何类型对话框,单击下一页,单击矩形,弹出图3.7所示对话框,键入断面参数B=1000,H=1000,选择确定。现在系统又回到截面特征对话框,选择确定;重复上述截面输入过程,输入右截面特征;单击添加按钮,修改2#单元的坐标为(10,1)(20,1),单元输入结束;图3.6 截面特征描述对话框 图3.7 截面几何描述对话框 输入结构的预应力钢筋信息。使用数据菜单中的预应力钢束信息命令(或鼠标右键弹出右菜单切换),系统将打开图3.8 所示的对话框,选择钢
12、束材料类型为ASTM270K级低松弛钢绞线,钢束编束根数为3根,钢束束数为一束,弹性回缩总变形为6毫米,张拉控制应力为1395MPa,超张拉系数为0,成孔面积为1400平方毫米,体外束,成孔方式为预埋波纹管,张拉方式为左端张拉,钢束几何位置中的Y坐标为0.06米。3.3.3输入原始数据输入原始数据图3.8 预应力钢束描述对话框 现在输入预应力钢束的几何形状,用鼠标点取几何描述按钮,弹出如图3.9所示的对话框,钢束的形状为直线,输入几何特征,选择确定;鼠标单击添加钢束按钮3次,至钢束编号为4为止,2、3、4号钢束的信息自动生成,钢束输入成功结束。3.3.3输入原始数据输入原始数据图3.9 钢束几
13、何形状描述对话框 输入施工阶段信息,使用数据菜单中的输入施工阶段信息命令(或鼠标右键弹出右菜单切换),系统将显示如图3.10所示的对话框,输入如下数据:安装杆件1-2,张拉钢束1-4,灌浆钢束1-4,选择考虑本阶段分批张拉预应力损失,升温温差20度,降温温差20度,本阶段施工周期为1天。3.3.3输入原始数据输入原始数据图3.10 施工阶段信息窗口 输入二期恒载信息,用鼠标点取永久荷载按钮,系统将打开一个如图3.11所示的对话框:图3.11 施工荷载对话框 3.3.3输入原始数据输入原始数据 输入荷载信息,鼠标点取均布荷载按钮,系统将打开如图3.12所示的对话框,输入信息为:1#单元和2#单元
14、的均布荷载的竖直分量都为-3.0KN/m。单击确定,回到施工荷载描述对话框,再单击确定,回到施工阶段信息窗口。图3.12 均布荷载描述对话框 输入结构的边界条件,选择边界条件按钮,系统将打开一个如图3.13的对话框,输入1#和3#节点的边界条件,对话框显示如下:图3.13边界条件描述对话框 输入使用阶段信息,使用项目菜单中的输入使用阶段信息命令(或使用鼠标右键弹出右菜单切换),系统将打开一个如图3.14所示的对话框:3.3.3输入原始数据输入原始数据图3.14 使用阶段信息窗口 使用阶段结构的计算模型采用最后一次施工阶段的结构,由于是简支梁桥,没有其它静荷载,现在只需要输入活荷载信息,用鼠标单
15、击活荷载按钮,弹出如图15所示的对话框,输入活载信息:汽车-20级,挂车-100级,人群集度3.5KN/m*m,满人总宽度为1m,人行道宽度为1.5m,对话框显示如图3.15所示。选择确定,系统回到使用阶段描述对话框,使用阶段输入结束。3.3.3输入原始数据输入原始数据图3.15 活荷载信息对话框 输入数据诊断。选择项目菜单中的输入数据诊断命令,系统将自动打开输出信息窗口,在这个信息窗口中,可以看到数据诊断的结果如图3.16所示:图3.16 数据诊断结果窗口3.3.4输入数据诊断输入数据诊断所输入的数据没有错误,下面进行项目计算;使用项目菜单中的执行项目计算命令执行当前项目的计算;项目计算结束
16、后,可以使用数据菜单中的各条输出命令,来查看当前项目的各种计算结果信息。3.3.5执行项目与结果查看执行项目与结果查看第四节桥梁博士计算预应力混凝土结构利用桥梁博士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。返回目录原始数据约定数据准备创建项目,输入数据输出数据4.1 4.1 原始数据约定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。4.1.
17、1 单元的位置单元的位置4.1.2 荷载的方向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。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 钢束的位置钢束的位置4.2 4.2 数据准备新田黄河大桥主桥上部结构为52m+390m+52m五跨预应力混凝土连续刚构,四个主孔墩采用双薄壁形式,结合墩采用双柱式墩,基础均采用钻孔灌注桩。图4.1新田黄河大桥总体布置图4.2.1 桥梁概况桥梁概况在进行结构计算
18、之前,首先要根据桥梁结构方案和施工方桥梁结构方案和施工方案案,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;4.2.2 结构离散结构离散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
19、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 结构离散结构离散图4.2新田桥主梁阶段划分及构造图图4.3新田桥模型单元几何图划分施工阶段,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。新田桥主桥共有4个单T,每个单T以墩对称每边分10段,墩顶上部0号梁段长5.3米,1号梁段长4.35米,25号梁段长3.5米,610号梁段长4.5米,三个中跨合龙段长3.0米,两边跨合龙段梁长2.0米,边跨现浇段梁长6.
20、42米。0号、1号梁段建议采用托架现浇,210号梁段采用挂篮悬浇,两端边跨各6.42米立支架现浇,考虑结构受力、变形及施工进度安排,宜先合拢边跨,再合龙次边跨,最后合龙中跨。4.2.2 施工分析施工分析图4.4新田桥施工顺序图4.2.3 荷载分析荷载分析施工荷载分析运营荷载分析4.3 4.3 创建项目,输入数据输入总体信息输入单元信息输入钢束信息输入施工信息输入使用阶段信息输入数据检查4.3.1 输入总体信息输入总体信息图4.5新田桥模型总体信息输入计算类别计算类别: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
21、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施工图设计则选择全桥安全性验算验算。计算内容计算内容: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。4.3.1 输入总体信息输入总体信息桥梁环境桥梁环境:计算混凝土构件收缩徐变时使用。附加信息附加信息:指定计算部分内容,一般设计中采用组合1-3。计算细节控制信息计算细节控制信息: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
22、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。4.3.1 输入总体信息输入总体信息4.3.2 输入单元信息输入单元信息图4.6新田桥模型单元信息输入4.3.2 输入单元信息输入单元信息单元的基本信息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、左右截面特征以及一些计算辅助信息。其中单元左右节点顶缘或中点坐标位置的意义如图4.7所示:图4.7单元顶缘或中点坐标位置示意图4.3.2 输入单元信息输入单元信息单元的性质单元的性质钢筋混凝土钢筋混凝土: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
23、混凝土预应力混凝土: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。钢构件钢构件:截面只由钢材组成。按全断面计算应力。4.3.2 输入单元信息输入单元信息单元的性质单元的性质拉索拉索: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。加载龄期加载龄期(天天):混凝土在单元
24、第一次受力时已养护的天数。4.3.2 输入单元信息输入单元信息单元的性质单元的性质自重调整系数自重调整系数: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=25x1x2=50KN。桥面单元桥面单元: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;4.3.2 输入单元信息输入单元信息截面描述截面描述 左、右截面特征左、右截
25、面特征: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)。4.3.2 输入单元信息输入单元信息截面描述截面描述截面的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。截面材料截面材料:选择截面的材料类型,可使用工具菜单下的材料特征命令自定义新的材料类型。有效宽度有效宽度: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
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