空间结构程序设计

1、第一章 ABSD-1 程序简介 第一节 开发桥梁结构空间分析设计程序的目的随着我国交通事业的发展，出现了许多新型的桥梁结构形式，如：单拱面预应力混凝土系杆拱桥，钢管拱桥，预应力砼弯梁桥，斜梁桥，梁板结构式的斜拉桥，双肢薄型刚构桥等。用一般的平面分析程序进行设计，无法得到拱、塔柱受压结构的面内、面外失稳荷载。对单拱面系杆拱及弯梁桥，也无法得到正确的使用荷载下支反力大小，不利于支座的偏心调整及支座设置；而一般的空间分析程序，如SAP系列仅能对某一特定结构进行力学分析，不能模拟桥梁结构施工阶段及成桥阶段的工作情况，如：结构体系转换，预应力损失，预应力及徐变引起的次内力，活载最不利加载。这些问题国内外

2、有一定程度的研究，也有部分专用程序，但尚没能形成一套较为通同便于工程技术人员使用的桥梁空间分析设计程序，鉴于此，长沙铁道学院与广东省建筑设计研究院联合，在广东省科委的资助下，针对桥梁结构空间分析与设计中存在的以上问题，开发了本套桥梁结构空间分析与设计通用程序ABSD-1。 第二节 ABSD-1程序的功能 ABSD-1程序为一套线性及非线性空间分析设计通用程序，它由内力分析，影响线加载，截面内力计算与配筋、非线性空间稳定分析四个主要模块组成。1、内力分析模块采用空间剪力柔性梁格对桥面结构进行离散，该法的基本思路是将桥面结构离散为空间剪力柔性梁格，在外荷载作用下使离散的分析模型与实际结构产生相同的

3、变位与挠曲，从而得到各个梁格内力与变位，为了设计实用，将空间内力分析结果进行合成，便可得到纵梁、横梁、拱、塔、索截面的，及，从而进行各阶段的应力检算及配筋设计。内力分析模块具有以下功能：1）恒载内力计算2）按“桥规”进行温度内力计算3）纵、横向预应力内力计算4）体系转换徐变次内力计算，按老化理论或新桥规5）支座沉降或指定位移内力计算6）跨间集中力或均布力内力计算7）风力、离心力计算8）对下承式系杆拱桥、斜拉桥，进行斜索或吊杆张拉过程计算9）弯梁桥支座偏心的设置计算 2、影响面加载模块平面结构内力分析程序计算活载作用下结构最不利内力时，均采用影响线概念，对系杆拱桥、弯梁桥等，无法得到横梁内力及支

4、座反力的最不利情况。若支座位置设置不当，对结构内力有很大影响，为此，本程序采用了空间影响面加载求解最不利内力，首先由内力分析模块求得空间影响面，由动态规划法进行影响面加载，程序中考虑了人群活载、汽车活载、挂车活载及自定义特种活载等，可以得到最不利内力的单项值及相关值，计算时程序还考虑了人行道、分车道、行车方向、车道数设置。3、截面应力计算及配筋模块根据现行公路桥规设计规范，进行了使用极限状态及承载能力极限状态内力组合。对RC结构，按承载能力极限状态对结构各截面进行配筋及强度检算如：抗弯钢筋估算及强度复核抗剪钢筋估算及强度复核抗扭钢筋估算及强度复核按使用极限状态进行裂缝及变形检算对PC结构首先根

5、据使用阶段内力不利组合，按桥梁使用极限状态要求进行预应力钢筋的估索与配筋按承载能力极限状态进行抗弯、抗剪、抗扭强度复核与配筋。程序可对各施工阶段进行应力检算并给出相应阶段配筋调整结果，程序具有自动调整配筋功能，以满足设计规范要求。4、稳定性分析模块系杆拱桥拱肋，斜拉桥塔柱及主梁，双肢薄臂刚构的立柱均为受压结构，其面内、面外稳定性是设计中必须考虑的重要问题，尤其是单拱面系杆拱或敞口式系杆拱，面外稳定性分析特别重要，而现行公路桥规对系杆拱面内，面外稳定安全系数均未作具体规定，所以给工程结构设计带来一定困难，为此，本程序根据有限变形理论，编制了考虑空间结构几何非线性及物理非线性的分析程序，目前程序有

6、以下功能：1）对钢筋混凝土结构，如：砼拱肋、砼塔柱，可以进行弹性及弹塑性稳定分析；2）对钢管拱等组合截面结构，进行弹性稳定分析。为了验证程序分析正确性，专题组进行了两个长，宽的大型单拱面预应力砼系杆拱桥破坏试验，结果表明，弹性阶段及破坏阶段理论分析与试验结果均吻合很好，充分证明了分析程序的正确性。第二章 程序适用范围及环境1适用范围：预应力混凝土系杆拱桥，钢管拱桥，钢筋砼及预应力砼弯梁桥，斜梁桥，斜交地道桥，斜拉桥，双肢薄臂刚构桥等。2计算机软件环境： 各种DOS操作系统3.316.22版。3硬件环境：各种486或586微机，内存应大于12兆，硬盘400兆。4计算语言：NDP-FORTRAN第

7、三章 ABSD-1程序输入数据文件的结构第一节：数据分块ABSD-1程序输入数据以文件形式存放在磁盘上，是分块结构，利用相对独立的分隔符行将输入数据组织成18个数据段。1标题行2总体控制块 SYSTEM3单元描述相对 坐标系个数 COORDINATES4节点坐标 JOINTS5斜支承坐标系定义 RELATIVES6单元定义 FRAMES7单元工作阶段定义信息 STAGES8各阶段截面特性信息 PROPERTIES9加载龄期定义 AGES 10材料特性 MATERIALS 11节点约束条件 RESTRAINTS 12结构施工初偏心 INITIALLS 13截面定义及内力合成 SECTIONS 1

8、4预应力类型索定义 TENTONS 15收缩徐变系数 CREEPS 16施工阶段及成桥阶段加载信息 CONSTRUCTION 17影响面加载信息 SURFACES 18截面应力计算及配筋估索信息 RPC第二节：数据行每个数据块的首行为分隔符行，其余行为注释行和数据行，为了方便技术人员应用，注释行可以为若干行，以方括号结束，方括号不得省略。注释行说明了数据行的含意。当数据行一行写不下时，可以转入下一行填写，数据间用逗号或空格隔开。第三节：数据行的输入格式为了减少输入数据，对有规律或相同的数据，均按简化形式组织，较常用的格式有逐点赋值或自动生成赋值两种，分别用赋值符A及F表示。如节点坐标用逐点格式

9、赋值时： 0.0，2，1，A，243，244表示将1号相对坐标系下坐标0.0，分别赋给243，244节点如用线性生成格式时： 0.0，3，1，F，1，1，0.5表示将1号相对坐标系下坐标0.0，0.5，1.0分别赋给1，2，3节点。如单元工作阶段定义信息或龄期信息中有： 1，28，F，62，1表示在本阶段6290单元参加工作，加载龄期为28天。若无某项数据在注释行下填0。用户在使用本程序算题时，应首先了解桥梁结构的施工过程将数据组织的尽量管理，按本手册各章节内容填写。结构空间计算并不是一件困难的事情。第四章：输入数据说明一、标题行格式： 桥名 计算内容 设计单位 计算者 复核者 日期 本段内容

10、将按标题行内容及格式出现在ABSD-1所建立的每个输出文件前面。二、总体控制块 SYSTEM格式：SYSTEMJOINTS ELES BEAMS RESTRAINTS COORS RELATIVES STAGES SURFACE 1 JOINTS 节点总数 2 ELES 单元总数 3 BEAMS 单元材料数 4 RESTRAINTS 约束节点数 5 COORS 单元描述所需相对坐标系数 6 RELATIVES 斜支承坐标系个数 7 STAGES 施工阶段数 （包括运营阶段） 8 SURFACES 影响面加载信息 （0不计算影响，1计算影响面）三、相对坐标系定义信息 格式： COORDINATE

11、S NO. LAB X0 Y0 Z0 A1 A2 A3N0相对坐标系号码LAB坐标输入格式，0表示该坐标系为直角坐标 1则为圆柱坐标X0， Y0， Z0该坐标系原点在总体坐标系中的坐标值A1， A2， A3该坐标系绕总体坐标系X轴，Y轴，Z轴的转交。四、节点坐标格式：JOINTS- X-COORORR-COOR- Y-COORORQ-COOR- Z-COORORZ-COOR 1节点坐标输入时，首先输入各节点X坐标或R坐标，然后Y坐标或Q坐标，最后为Z坐标。2坐标输入时有以下三种格式：格式1、逐点赋值X，N，IC，A，,如：15.3，4，1，A，3，5，7，9表示将1号相对坐标系下的坐标值15.

12、3分别赋给4点，其节点号为3，5，7，9格式2、线性生成赋值X，N，IC，F，如：15.3，4，1，F，3，2，1.0表示将1号相对坐标系下的坐标值：15.3，16.3，16.3，18.3分别赋给3，5，7，9节点格式3、增量坐标线性生成赋值X，-N，IC，F，如：15.3，1，1，A，1 1.0，-4，1，F，2，2，1.0第二行1.0中表示在前15.3基础上增加1，即：将16.3，17.3，18.3，19.3赋给节点2，4，6，8即：相对第一个节点号前节点的坐标值。3 坐标为该单元形心处的坐标值五、斜支承坐标系定义格式： RELATNES#，NCOOR， 1.ID#，斜支承坐标系号 2.N

13、COOR定义斜支承的相对坐标系号 3.定义斜支承坐标系辅助节点N1，N2，N3坐标值 4.当计算斜桥时，由于支点约束方向与整体坐标方向不一致， 如图1 这时约束位移可在斜支承X1Y1坐标系下定义。 5.斜支承坐标系定义如下： 以N1至N2连线为X1轴 以N1至N2连线绕至N3向为Y1轴，Z1轴按右手法则定义 6.斜支承坐标系逐个输入六、单元定义格式； FRAMESELE I J TYPE NM B-ALPHA a1,b1,c1,a2,b2,c2 MAUTO IC LC1.ELE 单元编号 2. I 单元I端节点号 3. J 单元J端节点号 4.TYPE 单元类型 =1.梁元 =2.拱元、塔元

14、对拱元格式为：TYPE.*，.*表示拱肋号 =3.柔性索元 =4.刚性索元 5.NM 单元截面特性号 6.B-ALPHA单元局部坐标系Y轴与整体坐标系XY平面的夹角，定义局部坐标系时，要求： 1）.090 2）. 3）.当杆件与XY平面垂直时，为Y与X轴的夹角。 7.a1,b1,c1,a2,b2,c2 单元刚臂 8.MAUTO 自动生成单元数 9. IC I端节点号增量10. JC J端节点号增量11.自动生成单元数为该记录定义的单元总数七、单元工作阶段格式：STAGES STAGES #1.单元工作阶段信息表示每个施工阶段单元工作情况，若某单元在该阶段参加工作，则赋值1，若不参加工作则赋值0

15、。2.输入工作阶段信息有两种格式：1）逐个单元赋值，（0）1，N，A， 如0，3，A，5，7，9 表示该阶段5，7，9号单元在该阶段不参加工作2）线性生成赋值（0）1，N，F，N， 如 1，10，F，1，1 表示该阶段110号单元参加工作八、各阶段截面特性信息 格式：PROPERTIES STAGE #输入截面特性信息有两种格式 1）逐个单元赋值，M.*，N，A， 如：1.1，3，A，5，7，9 表示该阶段5，7，9单元截面特性为1号，*为0时不计徐变影响，*为1时计算徐变影响。 2）线性生成赋值M.*，N，F，NO，IC 如：2.0，10，F，1，1 表示该阶段110号单元截面特性为2号，不

16、计徐变影响。九、单元加载龄期 格式： AGESUNIT：DAY1.对每个单元顺填加载龄期。 2.输入格式有两种 1）逐个单元输入 T，N，A， 如28，1，A，10 表示10号单元加载龄期为28天 2）线性生成输入 T，N，F， 如28，10，F，1，1 表示110单元加载龄期为28天十、材料特性信息 格式：MATERALSBEAM#，E，U，ARCH#.*. 1-E U B1 H1 B2 AC1 AC2 A1 A2 R RG EG TC W. 0-E U AX AY AZ JX JY JZ TC W CABLE# E U AX AY AZ JX JY JZ TC W1.材料特性按梁元，拱元（

17、塔元），索元顺序填写2.梁元特性中 1）.BEAM# 梁元材料类型号 2）.E 弹性模量 3）.U 泊松比 4）.AX 截面积，AY，AZ抗剪面积 5）.IX 扭转惯矩 6）.IY 绕Y轴惯矩 7）.IZ 绕Z轴惯矩 8）.TC 线膨胀系数 9）.W 杆件线荷载 （KN/M）3.拱元或塔元特性有两种输入格式： 格式1 1）.ARCH#.* 拱元材料类型号 若.*=1 则可计算结构弹塑性失稳荷载，此时需输入 2）.E 弹性模量 3）.U 泊松比 4）.B1 截面宽度 5）.H1 截面高度 6）.B2 空心宽度 7）.H2 空心高度 8）.AG1 面内配筋量 9）.AG2 面外配筋量10）.A1

18、面内AG1保护层厚度11）.A2 面外AG2保护层厚度12）.R 混凝土标号13）. 混凝土应力最大时对应的应变14）. 混凝土极限压应变15）.RG 钢筋屈服强度16）.EG 钢筋弹性模量17）.TC 线膨胀系数18）.W 线荷载格式2若*=0同梁元4.索元特性同梁元，当为柔性索元时，仅输轴向抗拉面积。十一、节点约束条件格式：RESTRAINTSNODE RESTRAINTS C1 C2 C3 C4 C5 C6 NS（1：STAGES） 1.NODE 约束节点号2.RESAERAZNTS 节点约束信息，其表达式为：RR.IJKLMN其中：1）.RR 约束位移对应的坐标系 RR=0 整体坐标系

19、 RR=I(I0),第I个斜支承坐标系号见数据段四。2）.I，J，K，M，N分别对应，X，Y，Z，QX，QY，QZ方向约束信息。 =0 没有约束 =1 刚性约束 =2 指定位移 =3 弹性约束 =4 从属位移3）.C1，C2，C3，C4，C5，C6，分别对应I，J，K，L，M，N约束下的参数。当IJKLMN中均为0或1时，则C1C6=0当IJKLMN中任一项为2时，则对应的C1为该方向的指定位移量。当IJKLMN中任一项为3时，则对应的C1为该方向的弹簧刚度系数。当IJKLMN中任一项为4时，则对应的C1为该方向从属的主节点号及其方向这时C1=IZ.JD。其中：IZ从属的主节点号。 JD从属主

20、节点位移的方向（JD=1，2，3，4，5，6）。3.NS（1：STAGE）约束工作阶段信息 NS=1 该施工阶段参加工作 NS=0 该施工阶段不参加工作。十二、结构施工初偏心格式：INITLALSARCH#，X0 NX Y0 NY Z0 NZ1.ARCH#，拱肋（或塔柱）号。 2.X0，Y0，Z0施工误差引起的拱顶X，Y，Z方向偏差。3.NX偏差曲线系数 X=X0 SIN（NX/L） Y=Y0 SIN（NY/L） Z=Z0 SIN（NZ/L）十三、截面定义及内力合成格式：SECTIONSLOGITUDINAL-ELE-START ELE-END INC ECC PD NX QY QZ MX M

21、Y MZSECTION:# ID B1 B2 H TU TW T1 T2 V1 H1 V2 H2TYPESTRANVESE-ELE-START ELE-END INC PD NX QY QZ MX MY MZARCH-ELE-START ELE-END INC PD NX QY QZ MX MY MZCABLE-ELE-START ELE-END INC PD NX QY QZ MX MY MZ1.截面内力由梁格内力合成为总内力，对纵梁而言，应输入截面内力合成信息及截面形状信息。 2.纵梁内力： 1）ELE-START 各纵向梁格起始单元号 2）ELE-END 各纵向梁格终止单元号 3）INC

22、 该梁格内单元号增量 INC=IC.ID 其中IC单元号增量，ID为合成后纵梁号。 4）ECC 该条梁格对总体截面中心线偏心距 5）PD 该横截面材料类型 PD=0 RC钢筋混凝土结构 =1 PC预应力混凝土结构 =2 STEEL钢结构 6）NX QY QZ MX MY MZ 合成内力分量选择项 7）ID 截面类型输入格式ID=0时，输入A，W上，W下， 当ID=1时输入截面参数。 8）B1 顶板宽 9）B2 底板宽 10）H 梁高 11）TU 顶板厚 12）TD 底板厚 13）TW 腹板厚 14）T1 悬臂板外缘宽度 15）T2 悬臂板根部宽度 16）N1 顶板加腋宽度 17）H1 顶板加腋

23、高度 18）V2 底板加腋宽度 19）H2 底板加腋高度 3.TYPES 纵梁各阶段的截面特性号 4.横梁、拱、索内力 依次顺填各条横梁、拱、索的组成梁格单元，各符号含意同纵梁。十四、类型索形状格式：TENDONST# AREA N1 N2 R D （S1（I），Y1（I），R1（I），I=1 N1），（S2（I），Z2（I），R2（I），I=1 N2）1.T# 类型索号2.AREA 力筋每索面积3.N1 第一平面内导线点数4.N2 第二平面导线点数5.R 梁中心线半径6.D 定位网间距7.S1(I) 第一平面导线点横坐标8.Y1（I） 第一平面导线点纵坐标9.R1（I） 第一平面起弯半径10

24、.S2(I) 第二平面导线点横坐标11.Y2（I） 第二平面导线点纵坐标12.R2（I） 第二平面起弯半径13.定义类型索时，将空间曲线投影两个平面，定义为第平面，第平面，分别输其导线点坐标，及竖弯或平弯半径，类型索坐标可在局部坐标系下定义。14.导线点定义如图：15.定义类型索时，局部坐标系下第一平面与第二平面定义约定如下：1）对于空间直角坐标系当已知X时 -XY， -XZ当已知Y时 -YZ， -YX当已知Z时 -ZX， -ZY2）对于圆柱坐标系当已知R时 -RQ -RZ当已知Q时 -QZ -QR当已知Z时 -ZR -ZQ十五、收缩徐变系数格式： CREEPSES A B C D E F G

25、 H1.ES收缩终极值2.徐变计算按三种方法计算1）老化理论 A=0 B=0 C=0 D=1 E=0 F=K G=0 H=2）滞后弹变理论 A=a B=b C=c D=d E=e D=d E=d0 F=f0 G=d H=f3)新桥规 A=f1 B= C=0 D=0 E=0 F=0 G=0 H=0十六、施工阶段及运营阶段加载信息格式：STAGES：1-CONSTRULTION 1 STAGE# NPF NUF NTF WX WY WZ WD BUC COM DAYS DISPLACEMENT-JIONT# FORCE-ELEMENT# NPF-NELE N K X FX FY FZ MX MY

26、MZ NUF-NELE FX FY FZ MX MY MZ K MAUTO IC NTF-NELE TX TY TZ K MAUTO IC NPR1 N CSTR GTLL U KK EY D ID XO YO ZOK NELES A（OR）F STAGE：N-ENDBRIDGE STAGE# LOADS LIVES BUC DAYS WEIGHT COEFFICIENTS：LC WX WY WZ WD COM DISPLACEMENT-JOINT# FORCE-ELEMENT# CONDITION1-SELFLOAD+PRESTRESS+CREEPLOAD L NPE NUF NTE NPE

27、-NELE N KX FX FY FZ MX MY MZ NUF-NELE FX FY FZ MX MY MZ K MAUTO IC NTF-NELE TX TY TZ K MAUTO IC NPR1-NELE K CPR MAUTO IC NPR2 N CSTR GTLL U KK EY D ID XO YO ZO K NELESA（OR）FCONDITION N2-1.施工阶段加载信息分阶段分别输入，最后一个阶段为成桥阶段。2.施工阶段加载时，荷载分为集中力，均布力，温度，吊杆张拉，纵、横向预应力等。成桥阶段加载分为不同的载荷条件，按各荷载条件分别填写。3.施工阶段荷载信息1）STAGE#

28、 施工阶段号2)NPE 集中力作用单元数3)NUF 分布力作用单元号4)NTF 温度载作用单元数5)WX X方向载荷因子6)WY Y方向载荷因子7)WZ Z方向载荷因子8)WD 指定位移加载因子9)BUC 稳定分析指示信息 BUC=N.* N=0 在该阶段不进行稳定分析 N=1 在该阶段进行稳定分析 .*=0 弹性稳定分析 .*=1 弹塑性稳定分析10)COM 应力计算信息 COM=0 不计算应力 COM=1 计算应力11)DAY 该阶段荷载作用时间12)DISPLACEMENT-JOINT 输出位移节点号13)FORCT-ELEMENT 输出内力节点号14）集中荷载输入信息： NELE.*

29、集中力单元号 .*=0 整体坐标系，.*=1局部坐标系 N 集中力个数 K 荷载类别 X 集中力距I端距离 FX FY FZ MX MY MZ对应X Y Z向集中力及力偶15）均布力荷载输入信息： NELE .* 均布力作用单元号 FX FY FZ MX MY MZ对应X Y Z方向均布力及力偶 K 荷载类别 MARTO 自动生成的均布载作用单元数 IC 单元增量16）温度力作用输入信息： NELE 温力作用单元号 TX单元轴向升温 TY TZ单元局部坐标系方向温度梯度 K 荷载类别 MAUTO 自动生成的温度作用单元号 IC 单元号增量17）吊杆张拉信息： NPR-NELE 张拉单元号 K 荷载类型