简支梁程序简介.doc

第一章 简支梁程序简介简支梁计算程序JSLBeam是在中交第二公路勘察设计研究院使用多年的简支梁计算程序基础上发展而来的。简支梁计算程序经过了十余年的使用和完善，完成过数百座桥梁简支梁的设计，积累了丰富的设计经验。JSLBeam借鉴了简支梁计算程序的开发经验，根据用户的要求完善了其功能，具有数据输入简洁明了、计算结果准确可靠等优点。JSLBeam的适用范围很广，可对普通钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥采用任意截面形式进行配筋设计与验算，并形象直观地输出计算结果。JSLBeam满足的桥梁设计规范包括：公路桥涵设计通用规范 JTJ 021-89、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ 023-85、公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004，以及城市桥梁设计荷载标准CJJ7789。JSLBeam采用C+Builder6.0开发，操作界面友好，输入数据直观方便。程序分为前处理（项目数据的输入）和后处理（计算结果的查阅）两大部分。前处理部分通过表格与图示相结合的方式实现模型（数据）的快速建立；后处理部分以图形和表格方式显示内力与配筋计算结果，并可生成可编辑的文本计算书，极大地方便了简支梁的设计与验算。JSLBeam的基本功能和主要特点如下：1、 满足公路新规范中公路I级、公路II级荷载，以及城市道路规范中城市_A级、城市_B级等四种荷载形式。荷载组合及截面配筋等模块也满足新规范的要求；2、 程序适用范围广，可以处理普通钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁，对于先张法和后张法两种不同的预应力工艺均可进行设计和验算，可处理预应力钢束弯起切断等多种情况。3、 可自动计算上部结构各片主梁的荷载横向分配影响线，并在各片主梁的横向分配影响线上动态加载，求出在不同的荷载工况作用下各片主梁的横向分配系数；4、 可输出各种单项荷载及荷载组合作用下的上构各片主梁的内力。5、 可根据新规范的要求输出各种荷载工况作用下的承载能力极限状态、正常使用极限状态正截面抗裂、斜截面抗裂应力图，持久状况下的应力验算和短暂状况下的应力验算，钢束应力表，正常使用极限状态长期效应组合、正常使用极限状态短期效应组合下的简支梁内力，并从不同的组合中选出最大（小）值，从而形成简支梁内力图，用来控制配筋设计；6、 可图形化显示出弯矩包络图、剪力包络图、承载能力极限状态作用与抗力图、正常使用极限状态正截面抗裂计算应力图、斜截面抗裂计算应力图，持久状况应力图及短暂状况应力图等；7、 可给出简支梁的各控制截面上下缘同时满足弯矩控制配筋和抗裂控制配筋要求所需的最少钢束(钢筋)面积和根数，方便用户的配筋设计；8、 可给出简支梁满足受弯构件斜截面抗剪要求时，所需配置的斜筋的最少数量和起弯位置以及箍筋间距。27第二章 前处理JSLBeam前处理是建立简支梁计算模型、输入相关计算参数的部分，它通过图示和表格相结合的方式，使得用户能够快速、准确地完成原始数据的输入。程序左侧“项目信息”的树状菜单用来浏览用户输入的各项原始数据，可以对已经输入的数据进行校核。2.1 主控信息主控信息对话框用来对简支梁设计项目进行宏观上的控制。1、 采用规范选择设计项目所采用的规范，包括以下两种：l 公路桥涵设计规范2004版（包括城市桥梁荷载设计标准（CJJ7789）l 公路桥涵设计规范8589版2、 计算信息l 普通钢筋混凝土：普通钢筋混凝土的配筋计算。l 预应力钢筋混凝土：可以对于预应力混凝土梁进行配筋设计和验算。当用户选择配筋设计，只需要在配筋信息里输入相关的预估信息，如果用户选择预应力验算的话，需要输入钢束各导线点坐标。3、 结构重要性系数该选项只针对公路桥涵设计规范2004版有效。用户可根据桥梁结构的设计安全等级选取不同的值（一般为0.9、1.0、1.1三个值），程序缺省值为1.1。4、 控制裂缝宽度程序根据输入的裂缝宽度限值计算盖梁所需配筋。按照规范要求，钢筋混凝土构件和B类预应力混凝土构件，在正常使用极限状态下的裂缝宽度，应按作用（或荷载）短期效应组合并考虑长期效应影响进行验算。其最大裂缝宽度不应超过规定的限值（详见规范）。程序缺省值为0.2 mm。5、 混凝土箍筋承担剪力比该项指用于抗剪配筋计算的最大剪力设计值分配于混凝土和箍筋共同承担的分配系数，只针对公路桥涵设计规范2004版有效， 程序缺省值为0.6。2.2注释信息该项信息主要是对简支梁设计计算项目做一个注释，方便以后的管理和查阅。该部分对计算不产生影响，不是必填项，但建议用户按实际情况输入。2.3 上构横向整体布置上构横向整体布置对话框主要用来输入简支梁对应上构主梁横向布置、车行道和人行道布置、桥面铺装、主梁之间接缝等信息。如下图所示：当输入上构横断面信息中的各个尺寸时，上方的图形显示区域会用红色线段动态地显示所输入的尺寸在图中的位置。请用户在输入数据时注意图中红色线段的变化，便于校核数据的准确性，加快上构横断面信息的描述。需要注意的是，对于“左栏杆内侧坐标”项，坐标原点定在左边梁左翼缘的端点，即左栏杆内侧在原点的左边填负值，在右边填正值。此外，“车行道中央处铺装层厚度”和“路缘石处铺装层厚度”必需填入一个大于0的数值，若为0，程序会给出如下提示：同主跨横向信息输入一样，当输入上构横断面信息中的各个尺寸时，上方的图形显示区域会用红色线段动态地显示所输入的尺寸在图中的位置。 2.4上构截面设计对于上构梁截面信息的输入，JSLBeam提供了如下两种方式： 2.4.1参数法截面设计参数法提供了箱形，T形，空心板以及其他类型的常用截面形式，用户可方便快捷地定义出上构各片主梁的横截面信息。4号区域2号区域1号区域3号区域如上图所示，1号区域列出待选定的截面形状，2号区域列出当前截面类型的特征尺寸参数，3号区域显示当前选择截面形状对应的参考图片，4号区域显示当前截面类型编号和提供当前操作命令按钮。上移：选择当前截面的上一个截面类型，并显示其特征尺寸参数。下移：选择当前截面的下一个截面类型，并显示其特征尺寸参数。新增时复制当前截面：对于有多个截面类型且大部分参数相同的时候，选择此项可把当前的各参数值设置为新增下一个设计截面时的缺省值。上缘计算宽度：输入上缘计算宽度值。若不输入任何值，程序默认为截面上缘宽度值。下缘计算宽度：输入下缘计算宽度值。若不输入任何值，程序默认为截面下缘宽度值。新增：新增一个截面类型，其类型编号自动排列在最后。在1号区域中选择一种截面形状，3号区域将会显示所选择截面形状对应的参考图片，2号区域将会列出所选择截面形状的特征尺寸参数字段供用户输入。删除：删除当前编号所对应截面类型。修改：点击此按钮后，用户可修改当前编号所对应截面类型的特征尺寸参数。修改尺寸参数后需保存当前截面类型。保存：当进行新增或修改操作对截面类型的特征尺寸参数进行数据输入后可点击此按钮保存当前新增或修改的截面类型其特征尺寸参数值。预览：根据当前截面类型的特征尺寸参数显示其截面类型实际形状的预览图。退出：退出当前操作界面。当用户使用参数法进行上构梁截面设计时，各截面信息会由系统自动转化为对应的节线信息。对于截面模板库中没有的截面类型，用户可采用节线法进行手工输入截面信息，也可以同金思路公司取得联系，针对用户的要求不断完善、充实截面模板库。2.4.2节线法上构主梁截面信息的输入也可采用节线法，由用户手工输入截面节线信息。组合截面：指某些分两阶段施工完成的截面。如下图示，例1和例2均为组合截面：组合前节线数：指组合前该截面变宽点的个数。上图中例1和例2组合前节线数均为6。若该截面为非组合截面，则该项填0。组合后节线数：指组合后该截面变宽点的个数。上图中例1和例2组合后节线数分别为8和6。光标停留在此列时，表格右侧会出现一个按钮，单击此按钮将弹出相应对话框显示详细节线宽度和高度信息。如下图所示：变宽点：指某一类型的截面自下至上宽度发生变化的点数。如下图所示截面的变宽点为8个。上（下）缘计算宽度：含义见参数法中有关上（下）缘计算宽度的注释。翼缘平均厚度：沿桥纵向箱形和T形截面翼缘部分的平均厚度。严格来讲，该处的翼缘平均厚度值指的是沿桥纵向横隔板翼缘的厚度的，作用是为了计算的沿跨径单位长度的横隔板惯矩，进而计算上构各片主梁的荷载横向分配系数。对于上构主梁没有中横隔板的情况，该数据没有意义。用户在填完截面信息后，可以在左侧的树状菜单里查询主梁截面各类截面参数，程序将以图形显示用户定义截面如下图，以便用户查询定义截面是否正确。2.5上构纵向信息上构纵向信息对话框用来输入各上构主梁的纵向信息和横隔板信息。如下图所示：主梁计算跨径：主梁两支座中心之间的距离。主梁支点至伸缩缝中心的距离：顺桥向支座中心至邻近伸缩缝中心（盖梁中心线）的距离。横向分配系数变化点至支点之间的距离：一般来讲，荷载在桥跨纵向的位置不同，对主梁产生的横向分配系数也各异。程序在荷载位于跨中和荷载位于支点处所采用的横向分布计算理论是不同的，两者计算所得值一般也不同。至于两者交点离左支点距离，可参照同济大学著“公路桥梁荷载横向分布计算”一书有横隔板时，采用左支点与第一个边横隔板之间的距离，无横隔板时，采用二分之一计算跨径值，对于铰结板，可采用六分之一计算跨径值。横隔板信息：若上构主梁有横隔板，则需要输入横隔板高度、厚度以及数量等信息，若无横隔板，则缺省为0即可。此处信息主要用于计算上构主梁的荷载横向分配系数。主梁截面纵向变化信息：若上构横向整体布置中选择边中梁相同，则只需输入任意一片主梁截面纵向变化信息即可；若选择边中梁不同，则边、中梁截面纵向变化信息都需要输入。截面变化点总数：指的是主梁左端点（非左支点）至跨中截面形状变化点个数。如下图例1所示截面变化点总数为8，例2所示截面变化点总数为5。若上构主梁为等截面梁，填1即可。按“自动生成”可生成截面变化点序号。例 1例 2距左支点的距离：截面形状变化点距左支点的距离，变化点在左支点左边填负值，在左支点右边填正值。截面类型号：截面形状变化点处对应的截面类型。本栏中的数字应该在已使用参数法或节线法定义的截面号范围之内。2.6上构抗扭刚度程序内部在计算各片主梁跨中横向分布影响线时，需要用抗扭刚度数组中的数据来计算各片主梁的抗扭刚度。当各片主梁的跨中截面用参数法定义时，程序内部会自动提取这个数组所需要的数据；当各片主梁的跨中截面用节线法定义时，需要用户输入抗扭刚度数组中的各项数据。当在上构截面形式对话框中选择不同截面时，左侧的示意图会自动地变化，显示HBT数组中各项数据的含义，用户按照实际情况赋值或修改即可。2.7配筋信息2.7.1 预应力钢筋混凝土梁配筋设计预应力钢筋混凝土梁的自动设计过程需要用户输入一些参数数据，这些数据主要是计算需要用到的相关的参数，这些参数包括钢束的强度及其它相关力学参数 ,也包括用户对于设计的一些基本控制因素，比如，钢束起弯角及钢束重心到梁底的距离。先张法的输入基本信息：抗拉强度标准值，抗拉强度设计值，弹性模量，张拉控制应力，纵向受拉钢筋等级，纵向受拉钢筋面积，重心至梁底的距离， 箍筋面积。先张法需要输入的设计信息有：先张法钢束切断率，先张法每次切断钢束的束数，松弛系数，台座温差，徐变系数终值，收缩应变终值。其中“先张法每次切断钢束的根数”是针对同一层钢束而言的。预应力筋预估信息：预估主梁跨中截面钢束最大层数层数、重心至梁底距离、本层钢束层数，每根钢筋面积。边中梁预估信息相同：如果边中梁预估信息一样，就不需要重复输入。每根钢束的面积：如果本层各钢束面积相同，直接输入单根钢束面积，如果各钢束面积不同，点击本层钢束总数一栏，出现，点开后用户可以输入各根钢束的面积、孔道面积和锚点到左支点的距离，注意如果锚点在左支点以左取负值，以右取正值。1、 后张法基本信息：抗拉强度标准值，抗拉强度设计值，弹性模量，张拉控制应力，纵向受拉钢筋等级，纵向受拉钢筋面积，重心至梁底的距离，箍筋等级，箍筋面积。后张法设计信息：钢束每次弯起数，边梁锚头中心最小间距，锚头至梁顶的最小距离，中梁锚头中心竖向最小间距，后张法预应力损失计算参数，松弛系数，偏差系数，徐变终值系数，收缩应变终值钢束每次起弯数：系针对同一层钢束而言。边梁锚头中心最小间距：需要用户根据有关设计构造要求取值。锚头至梁顶的最小距离：根据构造要求取值。中梁锚头中心竖向最小间距：根据构造要求取值。后张法预应力损失计算参数：松弛系数，偏差系数，徐变系数终值，摩阻系数，锚具变形。收缩应变终值。后张法预应力预估信息：预估边梁跨中截面钢束最大层数，本层钢束类型，重心至梁底距离，本层钢束总数，起弯角。其中钢束预估信息填写方式同先张法。2.7.2预应力钢筋混凝土梁配筋验算1、 先张法：抗拉强度标准值，抗拉强度设计值，弹性模量，张拉控制应力，纵向受拉钢筋，纵向受拉钢筋面积，重心至梁底的距离，箍筋等级，箍筋面积。在这里除了预应力筋力学参数需要输入外，还需要输入普通钢筋的信息，程序在计算承载能力极限状态考虑普通钢筋的作用。先张法预应力损失计算参数：台座温差，松弛系数，徐变系数终值，收缩应变终值。其中台座温差预应力损失是先张法所特有的。用户在点击相应的输入选项的时候，该对话框右边区域会提示该项参数的意义，对于徐变系数终值、收缩应变终值，已把规范相关的表格插入对话框右侧。2、 采用后张法的预应力筋的验算：抗拉强度标准值，抗拉强度设计值，弹性模量，张拉控制应力，纵向受拉钢筋等级，纵向受拉钢筋面积，重心至梁底距离，箍筋等级，箍筋面积。后张法预应力筋预应力损失计算相关参数：松弛系数，徐变系数终值，收缩应变终值，偏差系数，摩擦系数，锚具变形。在该对话框右侧备注里对各预应力参数进行了说明。边中梁钢束布置：示意图切换按扭：该按扭可以切换用户输入提示示意图和显示用户输入钢束的形状。当用户开始输入钢束坐标时，可以根据该对话框显示的输入示意图各参数输入相关坐标。其中X1，Y1为预应力筋左锚点的坐标，对于先张法有切断的情况，应该是以预应力传递长度结束时为起始坐标。X2，Y2跨中处钢束的坐标。2.7.3普通钢筋混凝土梁配筋普通钢筋混凝土梁配筋信息：钢筋等级，受拉钢筋直径，重心至梁底距离，最大裂缝宽度，钢筋等级，箍筋面积，剪力筋重叠宽，混凝土箍筋承担剪力比。其中剪力筋重叠宽指各前后相邻两排斜筋和弯起钢筋在水平方向的重合宽度。2.9材料信息材料信息分为简支梁混凝土材料信息、简支梁普通钢筋材料信息、上构混凝土材料信息三个部分。如下图所示：简支梁混凝土材料中的混凝土弹性模量、混凝土抗压设计强度、混凝土抗拉设计强度的取值，程序可以自动根据用户所选混凝土等级，从数据库中读取相应的数据。简支梁普通钢筋的类别可以直接选取，根据规范，共有四种类型普通钢筋以供选择，分别为R235、HRB335、HRB400、KL400。上部结构中的预制、现浇主梁的容重和混凝土等级，桥面铺装的容重，混凝土的抗弯弹性模量折减系数按实际情况输入即可。2.10荷载信息包括施工阶段荷载和使用阶段荷载两个部分的荷载信息。施工阶段荷载信息主要是指附属设施和横隔板的恒载信息，使用阶段荷载信息主要是指汽车荷载、人群荷载或特载等活载信息。2.10.1施工阶段荷载单侧人行道恒载：按实际情况输入即可。单位为：kN/m2。单侧栏杆恒载：按实际情况输入即可。注意单位与人行道恒载不同，为kN/m。边梁一片横隔板重：输入一片边梁所在横隔板的重量，单位kN。中梁一片横隔板重：输入一片中梁所在横隔板的重量，一般为边梁一片横隔板重的2倍，单位kN。安装方式：选定横隔板的安装方式，有预制、现浇和部分现浇三种。若选择“部分现浇”，还需要输入现浇部分的重量，单位kN。2.10.2使用阶段荷载对于汽车荷载中的设计荷载和验算荷载内容，程序自动根据规范选择的不同而变化：l 当选择2004桥规时：设计荷载中有公路I级、公路II级、城市A级和城市B级4个可供选择的等级，而验算荷载选项无效。l 当选择85桥规时：设计荷载中有汽车10级、汽车15级、汽车20级和汽车超20级4个可供选择的等级，验算荷载中有挂车80级、挂车100级、挂车120级3个可供选项的等级。定义特载详细信息：特载是指规范以外的非标准荷载。如果需要验算特载，则单击此按钮可以定义特载的详细信息，包括特载的横向布置、特载的轴重和轮距等的信息。如下图所示：特载主要是指车辆尺寸不符合规范要求的特重车，当这类重车作用在桥梁上时，需要用户自定义这类特殊重车的车辆尺寸。其中特载轴位个数如果大于0，则可以通过单击旁边的按钮来定义各个轮重和轮间距。如果特载轴位个数等于0，则按钮会失效。当用户需要采用特载来验算的时候，特载轴位个数应该取大于0的整数，否则程序不计算特载效应。如上所示对话框中，坐标原点为特载车辆的第一个轮的位置，坐标为特载车轴离左边第一轴的距离，单位m；轴重为一个轴上所有的轮重之和，单位kN。第三章 后处理 JSLBeam后处理部分通过图形化和表格化的方式，输出各种工况下的各梁的横向分配影响线、横向分配系数、内力、承载能力极限状态正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算、正常使用极限状态正截面抗裂、斜截面抗裂、持久状况应力验算、短暂状况应力验算计算、钢束应力以及钢束导线点坐标等结果，以及自动生成可供编辑的文本格式计算书。此外，后处理部分还给出了各种荷载工况作用下的活载和恒载横向分布系数、内力包络图以及截面的应力图。如上图所示，通过JSLBeam界面左侧的“计算结果”树状菜单，可以浏览各项计算数据结果及图示。3.1横向分配系数计算结果中的横向分配系数部分给出了汽车荷载在跨中和支点处以及步道人群荷载、全桥满布人群荷载、步道自重、栏杆自重、桥面铺装自重等荷载分别在上部构造跨中和支点处的横向分配系数。计算原理详见“第四章 编制原理”相关章节。3.3简支梁内力计算结果中的“简支梁内力”部分， 如上图所示，在计算结果中的“简支梁内力”显示状态下，可以看到各种情况下的简支梁内力图和相应的表格数据。如下图所示：3.4内力图计算结果中的“内力包络图”部分包括单元划分示意图、弯矩包络图、剪力包络图和包络图数据4个部分。单击右键，可保存单元划分示意图为jpg格式的图形文件。下面是最大弯矩图：最大弯矩是指各截面的最大弯矩包络图，。最大剪力图：最大剪力是指各截面的最大剪力包络图。最大剪力相应弯矩图：该工况是各个截面最大剪力对应弯矩包络图。承载能力极限状态下的作用效应与结构抗力图：该图上方显示正截面抗弯验算表，该表内容包括结构抗力、作用效应和受压区高度。正截面抗弯验算图以绿色线条代表结构抗力，以紫色线条代表作用效应。本图抗力和作用曲线均以支点截面、1/8截面、1/4截面和跨中截面数值作拟合。3.5预应力混凝土梁配筋结果斜截面抗剪承载力验算：该验算输出斜截面抗剪验算表，包括验算截面位置、抗剪承载力、剪力设计值、箍筋间距和箍筋面积，其中箍筋间距是以厘米为单位的。正常使用极限状态正截面抗裂图及正截面抗裂表：包括作用短期效应组合应力、作用长期效应组合应力、预加力产生应力。正截面抗裂验算图：正截面抗裂验算图以蓝色线条代表短期效应组合截面下缘正应力，栗色代表长期效应组合截面下缘正应力。红色直线条代表规范容许的拉应力。持久状况应力验算持久状况应力验算表包括各节线处的砼正应力、砼剪应力、砼主拉应力和砼主压应力。用户可以选择截面位置和应力类别，程序会自动绘出用户该截面所选择的应力类别。持久状况应力验算图红色线条代表截面上缘正应力，蓝色线条代表截面下缘正应力。正常使用极限状态斜截面抗裂：斜截面抗裂是抗裂验算的的一部分，斜截面抗裂对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算。斜截面抗裂验算表，内容包括最大剪力相应弯矩工况下的各节线的主拉应力。程序能绘制各截面的主拉应力图，用户可以选择截面位置，可以清楚的看到各个截面的主拉应力分布。 程序给出短暂状况下各截面的砼正应力、剪应力、主拉应力、主压应力的图表。其中红色线条代表截面上缘正应力，蓝色线条代表截面下缘正应力。短暂状况主要用于施工阶段的验算，用户可以参考规范P71 7.2.8，预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向拉应力和压应力应该符合规定。程序根据规范中受弯构件斜截面抗剪承载力计算的要求，计算出各个截面抗剪承载力的大小，箍筋间距和箍筋面积，其中箍筋的间距是以厘米计的。钢筋重心表：程序输出钢筋重心，该表给出了在各个特征截面和变化截面的钢束重心。钢束应力表：程序输出各个截面各根钢束在各特征截面和变化截面的张拉控制应力、锚固应力、永存应力和最大应力。钢束输出各钢束导线点坐标：程序计算完成后输出5个要素点坐标，如果是预应力设计，程序计算结果里面的钢束根数可能与用户估算输入的不一致，这可能是由于用户输入的预估钢束偏多，实际钢束只需要其中的一部分。3.6 普通钢筋配筋结果3.6.1正截面抗弯设计输出各片梁各个主要控制截面满足抗弯要求的上缘钢筋面积和下缘钢筋面积。3.6.2、抗裂设计 主要输出跨中截面输出满足抗裂验算要求的下缘钢筋面积。3.6.3、抗剪设计输出各主要抗剪截面的抗剪钢筋位置、箍筋间距和抗剪钢筋面积。第四章 编制原理简述4.1上构恒、活载作用横向分配系数计算方法1.横向分布影响线: 跨中采用刚接梁板法,支点采用杠杆法。 2.活载作用下某梁最大时各梁相应分配系数: 选用四种横向布载状态,进行横向分配系数计算。 3.上构恒载分配系数: 桥面铺装、步道、护栏等都考虑分布，计算出各片梁分配系数。4.2简支梁内力计算 程序输出承载力极限状态下的基本组合和正常使用状态下的短期效应组合和长期效应组合以及标准值组合。4.3荷载工况程序中编制了各种荷载工况作用下各片主梁的内力计算，自动输出各种荷载单项力以及荷载组合作用下各片主梁在不同的工况下的内力。荷载类别： 1. 汽车(汽-10,汽-15,汽-20,超-20) 公路I级,公路II级,城市A级,城1市B级) 2. 挂车(挂-80,挂-100,挂-120) 3. 履带车 4. 全桥满布人群荷载 5. 步道人群荷载 6. 上构恒载: 桥面铺装、人行道、栏杆、护栏、主梁自重包括现浇和预制。程序根据用户选择的规范不同将以上各种荷载的单项力效应分别进行组合，当选择85桥梁规范时，主要有汽车组合，挂车组合。当选择2004桥梁规范时，主要有承载能力极限状态下的基本组合，正常使用极限状态下的标准值组合、短期效应组合、长期效应组合。计