柱式墩台使用手册.doc

柱式墩台计算程序用户手册桥梁设计室 田 野二五年一月柱式墩台计算程序用户手册（试用版）一、概述1.功能 本程序的当前版本可计算盖梁（桥墩、桥台、任意柱数）的内力和配筋，并绘出内力包络图和配筋包络图；可计算温度力、制动力在各墩台的分配，并计算墩身的内力和配筋；可计算桩基础的桩长、桩身的内力和配筋。在本程序的后续版本中，还将能够计算台身、承台的内力和配筋，计算扩大基础的基底应力、稳定性、沉降等。适用的荷载等级有：公路级、公路级、公路人群、城市A级、城市B级、城市人群等。按照自2004年10月1日起施行的公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）进行内力组合和配筋计算。2.适用范围本程序要求用户一次性输入全桥与柱式墩台计算有关的全部数据，然后一次性完成用户指定的所有计算。上部结构可以是简支梁，也可以是先简支后连续的连续梁或整体现浇的连续梁。上部结构的联数可为任意个，可处理任意位置处的结构连续、桥面连续和伸缩缝。盖梁的截面形式可为矩形或形。墩台身的形式可为圆柱式、矩形柱式、肋板式，一个墩台的柱数可为任意个。基础可为桩基础、扩大基础（目前未实现）。桥面中心线、上部结构中心线、墩台中心线三者可不重合。3.当前版本的局限性 同一桥孔内上部结构的梁截面只分为边梁和中梁两种形式。各孔上部结构在横桥向的梁片数必须相同，否则需要分段计算。墩台在横桥向必须关于其自身中心线对称，即同一墩台的墩柱为等间距布置，盖梁两侧的悬臂长度相同。另外当前版本未加入对嵌岩桩的竖向承载力计算和嵌岩深度计算。二、计算原理、主要计算步骤1.盖梁计算根据用户输入的设计数据，将上部结构、下部结构自动离散化为总体结构计算模型；调用有限元模块，计算上部结构支点反力的影响线；采用杠杆法计算上部结构在支点处的横向分布影响线，采用刚接梁法/铰接板法计算上部结构在各跨非支点处的横向分布影响线； 根据横向分布影响线沿纵桥向的变化对上部结构支点反力的影响线进行修正；计算一期恒载、单位步道宽度的人群荷载、一列车的活载产生的支点反力；建立盖梁的有限元计算模型；生成桥面荷载经支点反力传递给盖梁的作用效应影响线；在上述影响线上采用图乘法计算二期恒载效应，采用动态规划加载法计算人群、汽车荷载效应；对盖梁各截面进行荷载组合、配筋计算、裂缝宽度计算。2.墩身计算 根据盖梁内力计算结果初步计算桩长；计算桩基础的出口刚度矩阵；修改总体结构计算模型的约束条件，将桩基础的出口刚度矩阵作为一种单元加入到总体结构中；在修改后的计算模型上对上部结构施加温度作用和汽车制动力，调用有限元模块计算作用效应；若存在满足滑动条件的四氟板支座，则以一对力偶代替该四氟板支座的作用，重新计算，直到不再有四氟板支座滑动为止；从盖梁计算结果中读取横桥向柱底内力；对柱底各截面进行横桥向及纵桥向的荷载组合、配筋计算、裂缝宽度计算。3.桩基础计算 采用法，通过循环迭代的方式计算桩基础：给定桩长初值，调用群桩计算模块，计算群桩内各根桩的桩顶内力；根据最大桩顶竖向力计算各桩的桩长；将计算出的桩长赋值给桩长初值，重新进计算；直到计算出的桩长与该次计算的桩长初值足够接近，则跳出循环；计算群桩基础中心处的位移和各桩的桩身内力；对柱身各截面进行荷载组合、配筋计算、裂缝宽度计算。三、使用方法1.柱式墩台计算(1) 输入数据 一般情况下，通过人机交互输入数据。图形界面上共有11个页面，用户根据需要填写必要的数据（保存在扩展名为.dt的文本文件里）， 可调用“数据诊断”功能检查输入的数据是否漏项或相互之间是否矛盾。调用“计算柱式墩台”，生成计算模块可识别的数据文件（扩展名为“.dat”）。用户也可直接填写计算模块可识别的数据文件（扩展名为.dat）。(2) 浏览计算结果 假定数据文件的名称为“filename.dt”，则第i号墩的某某构件（盖梁、墩身、台身、承台、扩基、桩基）的计算结果文件为：“filename_某某_00i.out”， 例如5号墩盖梁的计算结果文件为：“filename_盖梁_005.out”。可通过“文档”打开数据文件或计算结果文件。调用“打印”直接打印显示在“文档”里面的文本。(3) 查看包络图只有盖梁计算生成内力和配筋的包络图，图形文件的扩展名为“.dxf”，可通过双击文件名称打开，也可在AutoCAD内通过“open”命令打开。2.桩基础计算通过“文档”打开桩基础数据文件，然后调用“计算桩基础”进行计算。四、其它1.单位长度的基本单位为m，力的基本单位为kN。钢筋直径、支座尺寸等规格数据为mm。其余数据的单位可由m和kN推出。五、对各数据页的详细说明1. 总体页单位：长度单位为m；角度单位为度。项目描述：用户输入的任意的字符串。桥梁中心桩号：本次计算范围内全部上部结构长度的一半位置处的桩号。注意与地质钻探 孔的桩号采用相同的桩号系统。墩台序号：注意，本次计算范围内墩台序号从开始递增。斜角（度）：墩台的斜交角度。正桥的斜角为。斜角的正负号对计算结果无影响。墩台高度：各墩台的高度，即盖梁顶面至基础顶面的距离。底部埋置深度：各墩台身底部的埋置深度。相对沉降值：该桥墩可能发生的相对沉降值（正数）。此处所谓的某墩台的相对沉降值，系指该墩台与其他墩台的可能的沉降差值。针对各个墩台，程序会自动计算出相应的最不利的不均匀沉降。上部连接方式：代表该桥墩处相邻两孔上部结构的连接方式的整数：0=简支；1=先简后连； 2=连续。两个桥台处的值一定是。是否桥面设缝：代表该桥墩处桥面是否设断缝：0=否；1=是。两个桥台处的值一定是；在设伸缩缝或简支梁的非桥面连续处，该值为；在连续梁或简支梁桥面连续处，该值为。是否计算盖梁：代表是否计算该桥墩盖梁的整数：0=否；1=是。是否计算墩身：代表是否计算该桥墩墩身的整数：0=否；1=是。是否计算基础：代表是否计算该桥墩基础的整数：0=否；1=是。2.桥面页单位：长度单位为m；线荷载集度单位为kN/m；面荷载集度单位为kN/m2。桥面全宽：为左侧和右侧的桥面边缘之间的距离。对于外包式防撞墙，桥面边缘即为防撞 墙的外边缘，对于其它形式的防撞墙或护栏，桥面边缘为桥面板的边缘。上部结构偏心：横桥向上部结构的中心相对于桥面中心的偏移值（右侧为正）。在横桥向， 上部结构由两个截面特性相同的边梁和若干个截面特性相同的中梁构成。若两个边梁的外侧翼缘的长度不相等，可按照翼缘长度较小侧的边梁输入数据，这种近似处理对计算结果的影响是可以略去不计的。下部结构偏心：横桥向下部结构的中心相对于桥面中心的偏移值（右侧为正）。在横桥向，盖梁、墩台身、基础等应均为对称结构，上述三者在横桥向的中心线应重合。桥面布置信息：从左至右分别指示左侧护栏、左侧人行道、左侧分隔带、左侧车行道、中央分隔带、右侧车行道、右侧分隔带、右侧人行道、右侧护栏的有无。对于单向行车的高速公路桥梁，把车行道指定在左侧或右侧均可。对于双向行车且无中央分隔带的城市桥梁（或低等级公路桥梁），不可把左右车行道合并填写。左侧护栏： 宽度、面荷载集度、线荷载集度、外边缘相对于桥面边缘的缩进值。左侧人行道：宽度、起点面荷载集度、终点面荷载集度。左侧分隔带：宽度、面荷载集度、线荷载集度。左侧车行道：宽度、起点面荷载集度、终点面荷载集度。中央分隔带：宽度、面荷载集度、线荷载集度。右侧车行道：宽度、起点面荷载集度、终点面荷载集度。右侧分隔带：宽度、面荷载集度、线荷载集度。右侧人行道：宽度、起点面荷载集度、终点面荷载集度。右侧护栏： 宽度、面荷载集度、线荷载集度、外边缘相对于桥面边缘的缩进值。注：起点为宽度的左端点，终点为宽度的右端点，线荷载位于宽度的中点。对于城市桥梁上 的护栏，可将底座重量按面荷载计入，栏杆重量按线荷载计入，也可将底座和栏杆的重量之和按面荷载或线荷载中的任意一种计入，但不可重复计入。对于高速公路上的护栏，如果栏杆不在底座的中点，可将护栏“拆开”， 按“护栏”+“左（右）侧分隔带”的方式填写。3.上部页单位：长度单位为m；重量单位为kN。横桥向主梁片数：如题。边梁计算宽度：中梁计算宽度：在程序中，主梁的计算宽度用于对梁的中心线和横桥向支座位置的定位，且假定梁的中心线位于其计算宽度的中点处。对于空心板桥，边梁的计算宽度为最外侧的铰缝中心至边梁底板外缘之间的距离，中梁的计算宽度为相邻两个铰缝中心之间的距离。对于梁桥，边梁、中梁的计算宽度均为相邻两个腹板中心之间的距离。每片梁底的支座数：在每片梁的端部，梁底的支座数，为1或2。边梁支座间距：中梁支座间距：边梁梁底、中梁梁底的支座间的距离。若每片梁底的支座数为一个，则不填写此数据。跨径：该类型梁的跨径。梁高：该类型梁的梁高。砼强度级别：代表砼强度级别的整数值。例如：若为C30混凝土，则填写30。适用的桥孔号：该上部结构适用的桥孔号。各孔号之间用空格分开，支持连续数据填写法，例如：1 3 8-12 .毛截面面积：如题。抗弯惯性矩：如题。抗扭惯性矩：如题。单侧翼缘长度：对于无悬臂的空心板，填。横向每延米抗弯惯性矩：对于无悬臂的空心板，填。每延米重量：自重与其它沿梁纵向分布的附加重量（如铰缝、横隔板等）之和，有两种填法：一种是按实际数值填入，由于本程序自动计算一期恒载的反力；另外一种是填，在本文件内后续部分的上部结构预加力的反力效应内计入一期恒载的反力。梁端附加重量：每个梁端因空心板封头、梁腹板尺寸改变等原因而增加的重量。注：必须保证每个桥孔均有对应的上部结构类型。4.支座页单位：纵向偏移值的单位为m；支座规格的单位为mm。所在墩台号：该排支座所在的墩台编号纵向偏移值：纵桥向该排支座的中心至所在墩台设计线的距离，单位为m。 若该排支座位于墩台设计线的桩号较小侧，则填入负数，反之填入正数。支座编号：根据支座的类型和规格，对不同的支座进行编号。支座类型：本程序规定的代表支座类型的编号：1=GJZ；2=GJZF4；3=GYZ；4=GYZF4；5=TCYB；6=TCYBF4；7=盆式固定支座; 8=盆式活动支座。长度/直径：若支座为矩形，则填写其纵桥向长度；若支座为圆形，则填写其直径。宽度/厚度：若支座为矩形，则填写其横桥向长度；若支座为圆形，则填写其厚度。厚度/（空）：若支座为矩形，则填写其厚度。注：对于盆式支座，填写其盆底的纵桥向长度及横桥向长度、总厚度等三个数据。5.盖梁页单位：长度单位为m；钢筋直径单位为mm。总长度L：见示意图。变高段长度L1：见示意图。变高段长度L2：见示意图。总高度H：见示意图。变高段高度H1：见示意图。变高段高度H2：见示意图。底面宽度B：见示意图。翼缘宽度Bi：见示意图。翼缘厚度Hi：见示意图。砼强度级别：代表砼强度级别的整数值。例如：若为C30混凝土，则填写30。纵筋级别：代表钢筋种类的整数值：1=R235；2=HRB335；3=HRB400/KL400。纵筋直径：如题。箍筋级别：代表钢筋种类的整数值：1=R235；2=HRB335；3=HRB400/KL400。箍筋直径：如题。箍筋间距：如题。适用的墩台号：该类型盖梁适用的墩台号。各墩台号之间用空格分开，支持连续数据填写 法，例如：1 3 8-12 .注：1.对于斜桥的盖梁，按其相应的正桥时的尺寸输入，程序会自动修正其长度尺寸。6.墩身页（含台身）单位：长度单位为m；钢筋直径单位为mm。柱数：每个该类型墩身在横桥向的柱数。柱 间 距：该类型墩身在横桥向的柱柱间距。柱类型：代表柱形状的整数：1=圆形柱；2=矩形柱；3=肋板。直径D/横桥向宽度：若柱的截面为圆形，则填如其直径；若柱的截面为矩形或为肋板形， 则填入单根柱沿横桥向的宽度。纵桥向宽度L1：若柱的截面为矩形，则填如其沿纵桥向的宽度；若柱为肋板形，则填如其顶截面沿纵桥向的宽度。肋板纵桥向宽度L2：若柱为肋板形，则填如其底截面沿纵桥向的宽度。砼强度级别：代表砼强度级别的整数值。例如：若为C30混凝土，则填写30。纵筋级别：代表钢筋种类的整数值：1=R235；2=HRB335；3=HRB400/KL400。纵筋直径：如题。适用的墩台号：该类型墩身适用的墩台号。各墩台号之间用空格分开，支持连续数据填写 法，例如：1 3 8-12 .注：1.对于斜桥的柱间距，按其相应的正桥时的尺寸输入，程序会自动修正其长度尺寸。附属页单位：长度单位为m。各数据项含义：见示意图。注：若桥台挡块、耳墙、背墙、搭板等四项中至少有一个存在，则程序认为第一个墩台和最 后一个墩台均为桥台，程序将计算此四项荷载和台后土压力；若上述四项均不存在，则程序认为第一个墩台和最后一个墩台均为过度墩。桩基页单位：长度单位为m；钢筋直径单位为mm。【基桩类型】: 将基桩仅按砼强度等级、配筋参数、成孔方式、承载方式、直径、纵桥向 及横桥向的布置情况等的不同进行分类。承台及系梁不影响对基桩的分类。桩长为需要程序求解的未知数，不影响对基桩的分类。成孔方式： 代表成孔方式的整数：0=旋挖钻；1=冲击钻；2=冲抓钻；3=挖孔。承载方式： 代表承载方式的整数：0=摩擦桩；1=支承桩；2=嵌岩桩。单桩直径： 如题。纵桥向排数：如题。纵桥向间距：纵桥向相邻两排桩中心线之间的距离。若纵桥向只有一排桩，则可不填此数。横桥向排数：如题。横桥向间距：横桥向相邻两排桩中心线之间的距离。若横桥向只有一排桩，则可不填此数。【承台类型】：将承台仅按砼强度等级、配筋参数、构造尺寸等的不同进行分类。基桩的构 造及布置方式不影响对承台的分类。厚 度： 如题。纵桥向长度：如题。横桥向长度：若横桥向只有一个承台（即各根柱均对应此承台），则填入此承台沿横桥向的长度；若横桥向有多个承台（即每根柱对应一个承台），则填入单个承台沿横桥向的长度。【系梁类型】：将系梁仅按横截面尺寸的不同进行分类。系梁长度、基桩的构造及布置方式 不影响对系梁的分类。宽 度：如题。高 度：如题。【基础类型】：将桩基础按基桩、承台、系梁等的不同进行分类。基桩类型： 该桩基础中基桩的类型号，在基桩类型中选取。承台类型： 该桩基础中承台的类型号，在承台类型中选取。系梁类型： 该桩基础中系梁的类型号，在系梁类型中选取。适用墩台号：该类型墩身适用的墩台号。各墩台号之间用空格分开，支持连续数据填写法，例如：1 3 8-12 .砼强度级别：代表砼强度级别的整数值。例如：若为C30混凝土，则填写30。主筋级别：代表钢筋种类的整数值：1=R235；2=HRB335；3=HRB400/KL400。主筋直径：如题。扩基页台阶层数：见示意图。襟边宽度L1：见示意图。襟边宽度L2：见示意图。台阶宽度L3：见示意图。襟边宽度B1：见示意图。台阶宽度B3：见示意图。台阶高度H：见示意图。摩擦系数：见示意图。适用墩台号：该类型墩身适用的墩台号。各墩台号之间用空格分开，支持连续数据填写法， 例如：1 3 8-12 .10.地质页单位：长度单位为m；容许承载力单位为kPa；容重单位为kN/m3；地基系数单位为kN/m4； 内摩擦角单位为度。钻孔桩号：该地质钻孔的桩号。注意与桥梁中心的桩号采用相同的桩号系统。水位深度：常水位或地下水位的深度,以地面或河床为0点，向下为正。一般冲刷线深度：如题，以地面或河床为0点，向下为正。若无冲刷则填入0。局部冲刷线深度：如题，以地面或河床为0点，向下为正。若无冲刷则填入0。适用墩台号：该钻孔适用的墩台号。各墩台号之间用空格分开，支持连续数据填写法， 例如：1 3 8-12 .。层顶深度：该层土的顶面距地面的距离。地面处的深度为0，故第一层土的层顶深度为0。 以下各层土的层顶深度逐层增加。容许承载力o：该层土的容许承载力（标准值）。极限摩阻力： 该层土的极限摩阻力。容 重：该层土的容重（不考虑浮力的影响）。透 水 性：代表该层土的透水性的整数：0=不透水；1=透水。修正系数k1：该层土的容许承载力随基础宽度的修正系数。若不计算扩基，可不填此数。修正系数k2：该层土的容许承载力随基础深度的修正系数。清底系数m0：该层土的清底系数。地基系数m：该层土