桥梁博士第四章设计计算工具.ppt

设计计算工具,在桥梁的设计工作中，常做的工作除了前面所述的直线桥、斜弯桥的设计计算外，还常常碰到抗剪计算、计算截面特性、截面验算、截面配筋，基础的计算，横向分布的计算等一些比较琐碎的工作。为此，本系统提供了常用设计工具来辅助完成这些工作。本章将对常用工具的使用方法作一些介绍。工具的使用是采用文档来组织的，便于资料的存档。,剪力计算,在公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）（以下简称公桥规2004）中，详细规定了受弯构件斜截面抗剪承载力的计算方法，包括简支梁、连续梁；等高度、变高度梁；以及钢筋混凝土和预应力混凝土构件。这使得以程序计算斜截面抗剪成为可能，桥梁博士3.0版据此设计了抗剪计算工具。,建立抗剪计算文件,界面打开：有如下两种方法打开或创建一个抗剪能力计算文件： 在主窗口的“设计”下拉式菜单中选择“剪力计算” ； 或在项目组管理窗口中通过右键菜单选择“剪力计算” 。,界面组成：有如下三个组成部分,图形显示窗口,左侧上部是原始数据图形显示窗口 可以通过左上角的下拉式菜单选择图形种类，查看输入数据的结果，以便快速掌握结构信息，或检查数据的准确性； 可在“最大最小剪力包络图”、“最大剪力对应弯矩图”等十七种原始数据图形间切换； 输入恰当的比例，选择标注确定是否在图形中标注数值大小，通过“更新显示”刷新图形效果。并通过“图形设置”键调整图形显示。,数据输入窗口,左侧下部是原始数据输入窗口，用户可以在“总参”、“内力”、“箍筋”等10项基本信息间切换，来完成原始数据的输入； 手动输入原始数据的工作量比较大，用户也可以使用上部菜单按键的“装载数据”从桥梁博士数据文件中载入基本数据。 结果报告输出窗口：右侧窗口是结果报告输出窗口。在输入了原始数据后，用户通过点击“更新显示”，即可按用户设置的格式输出报表。,装载、输入原始数据,打开界面：单击“装载数据”按钮，打开如下图所示的窗口。 装载操作：通过“浏览”选择经过计算的桥梁博士数据文件；并勾选从该文件中装载的信息类型；选择装载截面内力时的组合类型；指定装载信息的单元号。,装载后内容,“x坐标转换量”：是指从数据文件中导入之后，原数据中单元的坐标位置的偏移量。 “单元总长度”：用来修正结构长度，一般用于空间杆系结构中，比如一座弯桥，其内外侧腹板长度不同，但我们设计时，弯起钢筋、箍筋等的定位都是根据路线中心线的长度确定的。因此，可以在此对单元总长度进行修正，程序将根据其总长度对各单元长度进行缩放。,装载完成,填写完毕后，点击“确定”，即可将截面内力、腹板宽度、截面高度、钢束信息等装载到剪力计算文件中。在这里，程序并没有载入单元的主筋信息，一是因为有些结构用户并不输入钢筋信息，二是此处采用了更简单的主筋输入方式。,输入原始数据说明,所有的原始信息，均可以在数据输入窗口手动输入，也可以从已经计算过的桥梁博士数据文件中加载；自桥梁博士数据文件载入的信息，并不完善，许多信息仍需要在图左侧下部的数据输入窗口手动输入。 输入的数据，除钢筋直径以mm计，及其它特别注明外，其它数据使用通用单位：KN，M，MPa，度。,输入原始数据内容,(1) 总参：用户在此输入抗剪计算的整体控制参数。包括： 项目描述：项目名称； 预应力提高系数：计算“混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值”“Vcs”时的参数。参见公桥规2004第5.2.7条。 上缘（下缘）受压翼缘影响系数：计算“混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值”“Vcs”时的参数。参见公桥规2004第5.2.7条。 斜裂缝粗略按45度计算：选择否，程序将按公桥规2004第5.2.8条计算斜裂缝水平投影长度，以确定斜裂缝形状；选择是，则按45。粗略处理。,是否计入弯起钢筋超过40%Vd部分：公桥规2004第5.2.11条第1款中提到，进行抗剪设计时“不超过40%由弯起钢筋承担”。但在第5.2.7条的抗剪验算中，没有提及这一原则。程序在此处请用户确定。 是否计入变高度影响：用户在此确定是否对变高度梁的剪力进行修正。参见公桥规2004第5.2.7条附注。 箍筋抗拉设计强度、弯起钢筋抗拉设计强度、竖向预应力钢筋抗拉设计强度纵向预应力钢筋抗拉设计强度：用户可以对此进行修改。 混凝土标号、混凝土抗拉强度：用户可以修改。,计算斜裂缝位置（下缘）：输入用户希望验算斜截面强度的坐标位置。可以输入多个，支持“()/*”输入。其中，第一个数据一定是绝对坐标。 斜裂缝位置输入方式：选择上一条输入计算位置坐标时采用的相对坐标还是绝对坐标。其中，第一个数据一定是绝对坐标。 (2) 内力：用户在此修改或输入结构组合内力。一般自桥梁博士载入；用户也可以手动修改。 (3) 箍筋：用户在此输入箍筋信息。输入方式为：自起点开始，箍筋的间距、肢数、直径，到下一控制点为止。 (4) 竖向预应力筋：用户在此输入竖向预应力筋信息。输入方式为：自起点开始，竖向预应力筋的间距、横向根数、直径，到下一控制点为止。,(5) 弯起筋：用户在此输入弯起筋信息。输入方式为：自起点开始，弯起筋的间距布置、位置是否指顶缘坐标、横向根数、直径、角度。其中，间距布置，支持“()/*”输入，程序根据用户输入的间距个数，确定弯起筋的数量。角度的范围-9090度。 (6) alfa1：计算“混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值”“Vcs”时的参数。参见公桥规2004第5.2.7条。输入各x坐标处的数值，其间通过直线内插取值。 (7) 腹板宽度：用户在此修改或输入腹板宽度信息。输入各x坐标处的宽度值，其间通过直线内插取值。,(7) 截面高度：用户在此修改或输入截面高度信息。输入各x坐标处的高度值，其间通过直线内插取值。 (8) 普通箍筋：用户在此输入普通箍筋信息。输入方式为：每一个区间（自起点x坐标开始，至终点）主筋的根数、直径以及到截面下缘的高度（输入负值表示距离截面上缘的高度）。各区间可以相互重叠。 (9) 预应力筋：用户在此修改或输入预应力筋信息。包括每根钢束的束数、截面面积，以及详细的竖弯信息。,查看结果,原始数据输入完毕后，用户就可以在图 中通过点击“更新显示”来查看计算结果了。在查看结果之前，先要点击“报告设置”来设置输出报告的格式。 输出的报表是一个完整的计算书格式，可以包括各点的中间计算结果，最终的汇总表格，以及与之相关的图形。汇总表中，详细判断各点强度以及截面尺寸是否满足要求。 输出的报告采用模板报表格式，可以用右键菜单，另存为模板格式。这样，即可通过桥梁博士3.0自带的“报告模板编辑器”打开、编辑和打印，而不必始终和原始数据捆绑在一起。,截面设计,使用方法 新建或打开截面设计文档： 选择“设计”菜单下的“截面设计”命令； 选择已有的文档名称或输入一个新文档名称，则出现如图所示的窗口。 文件后缀名为sds。,单项任务设计,设置任务标识名：在“当前任务标识”框中键名称。单击“添加任务”按钮。 选择任务类型：在“当前任务类型”列表框中选择，共有4种类型。 描述任务内容：当任务类型确定后，在任务类型下面有多个按钮，单击这些按钮，完成任务内容描述。如任务类型为“截面几何特征”时，单击“截面描述”和“截面钢束”按钮进行内容描述。 显示结果：单击“显示结果”按钮，查看计算结果。 截面设计文件描述： 在“当前文件描述”框中输入描述内容。,截面设计内容总共有四个按钮，设计时当任务类型确定后，对应的设计内容按钮呈可选状态。四个内容按钮如下： （1） 截面描述 单击“截面描述”按钮，将会出现如图所示的对话框。 不能读入斜弯桥的截面形式。,设计内容,（2）截面钢束 单击“截面钢束”按钮，系统将打开相应的对话框。输入截面的钢束信息。 钢束列表：对输入的钢束信息列表显示。,钢束钢质：选择钢束的材料类型，从材料类型下拉框中选择。 钢束中心高度：钢束中心到截面下缘的距离。 钢束面积：钢束的力学计算面积。 永存预应力：钢束扣除全部预应力损失后的有效预应力。 该处混凝土的有效预压应力：在该钢束中心处由于永存预应力引起的该处混凝土的有效预压应力。 添加：将当前钢束添加到钢束列表框中。 修改：用当前钢束替换钢束列表框中的选择项。 删除：删除钢束列表框中的选择项。,（3）荷载描述 单击“荷载描述”按钮，系统将打开相关的对话框。输入截面的荷载效应。 在荷载效应列表中显示了输入的荷载信息。 选择荷载类型，输入荷载效应中的弯矩效应、剪力效应、轴力效应。,（4）控制信息 单击“控制信息”按钮，系统将显示相关的对话框。输入截面计算的控制信息。 选择验算时的截面类型、极限状态、组合类别、规范。 计算长度：用于计算纵向弯曲增大系数。,设计类型,截面设计时总共有四种任务类型选项，在“当前任务类型”下拉框中选择。各任务类型描述如下： （1） 截面几何特征 系统截面特征计算只给出截面的换算截面特征数值，并假定全截面参加工作，取截面组成材料中弹性模量最低的材料作为整个截面的基准材料，截面特征的数值都是针对该种材料而言； 计算过程中计入普通钢筋和预应力钢筋以及截面的孔洞对截面特征的影响； 截面计算前，系统以无穷大的施工阶段号初始化截面，使整个截面的施工全部完成，整理整个截面的有效部分。 对于有效分布宽度以外的部分，在截面特征计算时不计入。,（2）荷载组合 荷载组合计算分承载能力极限状态和正常使用极限状态； 承载能力极限状态只计算组合I-III，承载能力极限状态中计入荷载分项安全系数和提高系数； 正常使用极限状态计算组合I-VI，其中正常使用极限状态荷载组合V为施工阶段组合； 荷载效应中的其它荷载1-3是为用户计入的特殊荷载效应，在施工阶段为施工活载1-3；,计算过程中荷载效应值为零的系统认为没有该荷载效应 其它荷载1的效应如果对总效应有贡献的则计入，没有贡献的则不计入； 其它荷载2和其它荷载3中最不利者对总效应有贡献的则计入该最不利者，没有则不计入任何效应；这个原则同样适用于施工组合V； 荷载的其它组合系数全部按照公路桥梁规范取用。,（3）截面配筋 截面配筋是针对钢筋混凝土和预应力混凝土构件的，只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； 配筋结果分为截面上缘的配筋面积和截面下缘的配筋面积； 配筋计算的类型分为轴压、轴拉、上缘受拉偏拉、下缘受拉偏拉、上缘受拉偏压、下缘受拉偏压、上缘受拉受弯、下缘受拉受弯8种受力类型。受力类型是根据所承受的外力效应来确定的。,（4）截面验算 截面强度验算是对各种截面进行应力验算或钢筋混凝土截面裂缝宽度验算以及钢筋混凝土和预应力混凝土截面强度验算； 计算所采用的公式都取自规范规定。强度验算仍根据8种受力类型按照外力性质进行计算。,横向分布系数的计算,与截面设计的使用方法类似。 新建或打开横向分布文档： 选择“设计”菜单下的“横向分布”命令； 选择已有的文档名称或输入一个新文档名称，则出现相应的窗口。 文件后缀名为sdt。,计算内容,横向分布系数计算内容有2个按钮，其中单击“结构描述”按钮时弹出的对话框内容与选用的计算类型相关。 （1) 杠杠法 当“当前任务类型”为“杠杠法”时，单击“结构描述”按钮，将会出现相关的对话框。,各个主梁间的间距，在输入此项时，系统支持(*)表达式；例如：输入4*2，则表示共有5片主梁，各主梁间距都为2米。如图 812所示： 边主梁梁位线外侧部分桥面，加载时采用直线外插计算。,(2) 刚性横梁法,当“当前任务类型”为“刚性横梁法”时，单击“结构描述”按钮，将会出现如图 所示的对话框。 主梁间距：同杠杠法，参见本节“1.结构描述杠杠法 中的主梁间距”。 主梁抗弯惯距：输入对应各主梁的抗弯惯矩，个数主梁间距数+1，支持(*)表达式。,抗扭修正系数：如果考虑主梁抗扭能力，则计入抗扭的修正系数，其计算公式： 不考虑则输入1。,(3) 刚接板梁法,当“当前任务类型”为“刚接板梁法”时，单击“结构描述”按钮，将会出现相关的对话框。 主梁宽度：主梁左侧到右侧的距离。 抗弯惯矩：主梁的抗弯惯性矩。 抗扭惯矩：主梁的抗扭惯性矩。 与下一板铰接：本梁右侧与下一梁的左侧为铰接，不选表示该处刚接。最后一根主梁的该信息无效。,左板长度：主梁左侧悬臂板的悬臂长度。 左板惯矩：主梁左侧悬臂板沿跨径方向每延米板截面绕水平轴的抗弯惯矩。 右板长度：主梁右侧悬臂板的悬臂长度。 右板惯矩：主梁右侧悬臂板沿跨径方向每延米板截面绕水平轴的抗弯惯矩。 主梁跨度：主梁顺桥向的计算跨径。 G/E：主梁材料的剪切模量与弯曲模量的比值，对于混凝土一般为0.43。,添加：将当前主梁信息添加到主梁信息列表框中。 修改：将当前主梁信息替换主梁信息列表框中的当前选择项。 删除：将主梁信息列表框中的当前选择项删除。 主梁信息列表框：各主梁信息列表。 注：边主梁外侧部分桥面，加载时采用直线外插计算。主梁几何示意如图 815所示：,刚接板梁法主梁几何示意,(4) 活载信息,单击“活载信息”按钮，系统将显示相关的对话框。 选择汽车荷载、挂车荷载类型，在人行荷载栏中输入人群集度。 特殊荷载与特殊车列：参见4.8.2节中的相关内容。 自动计入汽车车道折减系数：汽车在横向加载求横向分布系数时，是否计入车道的折减系数 桥面布置信息：参见下面“活载信息桥面布置”。,(5) 活载信息桥面布置,在图中单击“桥面布置”按钮，系统打开一个如图 817所示对话框。 L41，R14：桥面布置。 桥面中线距首梁距离：用于确定各种活载在影响线上移动的位置。对于杠杆法和刚性横梁法为桥面的中线到首梁的梁位线处的距离；对于刚接板梁法则为桥面中线到首梁左侧悬臂板外端的距离。,左汽车车道：左侧车道的汽车车列数。 左汽车车道：右侧车道的汽车车列数。 注：如果分隔带的宽度为0，则表示其相邻左右侧桥面连续，例如如果中央分隔带的L1+R1=0，则汽车在左右车道上连续分布，总车道数=左车道数+右车道数。 示例：如图 818所示桥面布置数据，其桥面布置信息如图 819所示：,桥面与梁位对应示意,系统输出的横向分布系数的含义,汽车的横向分布系数：是基于一列汽车的； 挂车的横向分布系数：是基于一辆挂车的； 人行的横向分布系数：是基于一延米人群的； 满人的横向分布系数是基于一延米人群的； 特载的横向分布系数：是按照用户定义的荷载加载的，例如，如果特载定义为四个车轮，每个轮重为1/4，则其等同于挂车的横向分布系数。,特殊车列的横向分布系数：是按照用户定义的车列信息加载的，例如，如果车列的定义为：前后车距即相临车距均为1.3米，加重车和主车都为两个车轮，且每个轮重均为1/2，轮距1.8米，则在车列数相同的情况下，其结果等同于汽车的横向分布系数。,在计算汽车的横向分布系数时，不同类型的汽车计算结果是相同的，挂车类同。 人群集度只用来确定是否计算，如果输入0，则表示不计算人群的横向分布系数，非0值表示计算，其量值随意。,基础的计算,与截面设计和横向分布计算的使用方法类似，如果已经熟悉，不必阅读本小节内容。 新建或打开基础计算文档： 选择“设计”菜单下的“基础计算”命令； 选择已有的文档名称或输入一个新文档名称，则出现相关的窗口。 文件后缀名为sdp。,计算内容,基础计算内容只有“结构描述”按钮，单击它时弹出的对话框内容与选用的计算类型相关。 结构描述整体基础基底计算 当“当前任务类型”为“整体基础基底计算”时，单击“结构描述”按钮，将会出现相关的对话框。 基底承载力计算：验算基底的土（或岩石）应力。 基础沉降量计算：计算基础的总沉降量。 基础稳定性验算：验算基础的稳定性。 基底摩擦系数：验算基础抗滑稳定性时使用，可按基础规范表3.4.2取用。 沉降经验系数：按地区经验取值，如果缺乏资料则输入0，系统自动根据基础规范表3.3.4取用。,基底为基岩：若选中则表示基础底部为岩石。 基础底面外力平面内宽度H：相当于受弯截面的高度。 基础底面外力平面横向宽度：相当于受弯截面的宽度。 基底土（或岩石）的容许应力：容许应力。 外力描述：打开一个外力描述对话框，输入外力信息。水平力以向右为正，向左为负；竖向力以向上为正，向下为负。 土层描述：打开一个土层描述对话框，输入土层信息。 土层深度：该土层地面的深度，以第一层土顶面为0，采用正值输入。 附加应力：该土层的平均附加应力。 压缩模量：该土层的压缩模量，可从地质勘察报告的土工试验表中得到。 进行基础沉降计算时，土层的划分方法应参照地基与基础规范的第3.3.4、3.3.5条规定。,(1) 单桩容许承载力,当“当前任务类型”为“单桩容许承载力”时，单击“结构描述”按钮，将会出现相应的对话框。 桩的类型：选择摩擦桩、沉桩、嵌岩桩中的一种。 桩截面面积、周长：应参照基础规范第4.3.2和4.3.4条计算。 桩嵌入岩石深度：应扣除风化层。参见基础规范第4.3.4条。 岩石单轴极限强度：参见基础规范第4.3.4条。,侧面系数c1、底面系数c2：根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数。参照基础规范第4.3.4条。 土层描述：打开一个土层描述对话框，输入土层信息，其数据输入与前面所述一致（参见图 823所示对话框的解释）。对嵌岩桩，此项无效。 注：单桩承载力的计算，系统是以1米为间隔，桩尖在不同持力层中时，计算出各位置的单桩承载力，用户可根据自行确定的桩长，截取使用。,(2) 刚性基础计算,当“当前任务类型”为“刚性基础计算”时，单击“结构描述”按钮，将会出现相关的对话框。 基础截面面积Ao、截面模量Wo：基础底面的特征，用于计算基底应力。 基础入土深度：基础埋入土中的深度，从地面起算，如果有冲刷，应从冲刷线起算。,基础变形系数alfa：。 b1为基础的计算宽度，按基础规范附录六计算。 m：地基土的比例系数，按基础规范附表6.5取用。 EI：基础的弯曲刚度，E为弯曲弹性模量，I为抗弯惯矩。,基础计算宽度b1：按基础规范附录六计算。 基础宽度d：基础地面宽度，相当于受弯截面的高度。 地基系数m：地基土的比例系数，按基础规范附表6.5取用。 基础底面土（非岩石）的地基系数mo：按基础规范附表6.5取用。 岩石地基系数Co：按基础规范附表6.6取用。 基底嵌入岩石：基础底面是否嵌入岩石。,水平力H：基础所承受的水平外力，向右为正。 竖向力N：基础所承受的竖向外力，向下为正。 总弯矩M：基础底面形心处的合计总弯矩，顺时针为正。 地面以上长度lo：基础露出地面（或冲刷线）的高度。 竖向力偏心距e：基础所承受的竖向外力的相对于基底形心的偏心距离，右侧为正。 基础顶水平弹性位移：以基础在地面处刚性固接，在外力作用下基础顶部产生的水平位移，向右为正。 注：本对话框的计算是对基础规范附表6.7的实现，输入输出的数据如有不明确之处，参照基础规范。 基础的变形系数应小于2.5/h，否则应按弹性基础计算。,(3) 单排弹性基础计算,当“当前任务类型”为“单排弹性基础计算”时，单击“结构描述”按钮，将会出现相关的对话框。 h1、h2基础变截面处、顶部距离地面（无冲刷）或冲刷线（有冲刷）的高度。 入土深度：基础埋入土中的深度，从地面起算，如果有冲刷，应从冲刷线起算 q1、q2、q3、q4：外荷载描述，向右为正。 水平力H：基础所承受的水平外力，向右为正。 竖向力N：基础所承受的竖向外力，向下为正。,总弯矩M：基础顶