桥梁工程设计实例及智能建模分析 课件汇 第1-7章 桥梁工程设计教学导论 -预应力混凝土简支箱梁桥设计

桥梁工程设计实例及智能建模分析（第1版）

桥梁工程设计教学导论桥梁智能设计软件及建模简介钢筋混泥土空心板桥结构设计钢筋混凝土简支T梁桥结构设计第一章第二章第三章第四章桥梁工程设计实例及智能建模分析预应力混凝土简支T梁桥设计预应力混凝土简支箱梁桥设计预应力混凝土简支T梁桥智能设计第六章第七章第八章第五章预应力混凝土空心板桥结构设计第九章预应力混凝土简支箱梁桥智能设计桥梁工程设计实例及智能建模分析斜拉桥智能设计悬索桥智能设计第十一章第十二章第十章钢管混凝土拱桥智能设计桥梁工程设计实例及智能建模分析

第1章

桥梁工程设计教学导论

学习目标

桥梁工程设计教学一般包括桥梁工程课程设计和毕业设计。桥梁工程课程设计主要涉及钢筋混凝土空心板梁和钢筋混凝土简支T梁设计等内容;桥梁工程毕业设计内容主要涉及预应力混凝土空心板梁、预应力混凝土T梁、预应力混凝土箱梁等内容。在人工计算的基础上,本教材根据不同桥型特点选择用桥梁智能设计软件建模分析预应力混凝土T梁、箱梁和钢管混凝土拱桥、斜拉桥及悬索桥,达到使读者掌握理论与实际结合进行桥梁设计,同时提升桥梁智能设计能力的目的。

1.1桥梁工程设计内容

桥梁工程设计总体包括桥梁结构布置、构件截面尺寸估选、设计计算、根据构造要求确定参数以及结构施工图的绘制等,在教学中以课程设计和毕业设计的形式具体体现。1.1.1课程设计计算

桥梁课程设计的内容一般为:①桥梁截面形式及截面尺寸的拟定;②正截面强度计算;③斜截面抗剪强度计算;④斜截面抗弯强度验算;⑤应力验算;⑥裂缝最大宽度验算;⑦变形(挠度)验算。第一章桥梁工程设计教学导论

1.1.2毕业设计计算

桥梁毕业设计的内容主要涉及预应力混凝土梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥的设计计算。其中预应力混凝土梁桥设计计算内容为:①主梁的构造布置和材料选择;②预应力钢筋的估算和布置;③预应力钢筋的预应力损失计算及有效预应力计算;④预应力混凝土受弯构件的应力计算;⑤预应力混凝土受弯构件的强度计算;第一章桥梁工程设计教学导论

⑥预应力混凝土的抗裂性验算;⑦端部锚固区计算;⑧变形(挠度)计算。本书以预应力混凝土简支T梁和箱梁桥为例,分别采用Midas/Civil智能设计软件和桥梁博士智能设计软件进行建模计算。

拱桥、斜拉桥、悬索桥多用于大跨径且多为多次超静定结构,这三种桥型均采用Midas/Civil软件进行计算。Midas/Civil软件和桥梁博士软件建模计算一般分为前处理和后处理两个部分,前处理主要包含定义材料和截面、建立节点、建立单元、定义边界条件、定义荷载工况、输入荷载;而后处理主要包括分析计算和查看及导出计算结果。通过分析桥梁智能软件计算的结果,可以辅助桥梁设计,也可以为桥梁健康检测提供分析依据。第一章桥梁工程设计教学导论

⑥预应力混凝土的抗裂性验算;⑦端部锚固区计算;⑧变形(挠度)计算。本书以预应力混凝土简支T梁和箱梁桥为例,分别采用Midas/Civil智能设计软件和桥梁博士智能设计软件进行建模计算。

拱桥、斜拉桥、悬索桥多用于大跨径且多为多次超静定结构,这三种桥型均采用Midas/Civil软件进行计算。Midas/Civil软件和桥梁博士软件建模计算一般分为前处理和后处理两个部分,前处理主要包含定义材料和截面、建立节点、建立单元、定义边界条件、定义荷载工况、输入荷载;而后处理主要包括分析计算和查看及导出计算结果。通过分析桥梁智能软件计算的结果,可以辅助桥梁设计,也可以为桥梁健康检测提供分析依据。第一章桥梁工程设计教学导论

⑥预应力混凝土的抗裂性验算;⑦端部锚固区计算;⑧变形(挠度)计算。本书以预应力混凝土简支T梁和箱梁桥为例,分别采用Midas/Civil智能设计软件和桥梁博士智能设计软件进行建模计算。

拱桥、斜拉桥、悬索桥多用于大跨径且多为多次超静定结构,这三种桥型均采用Midas/Civil软件进行计算。Midas/Civil软件和桥梁博士软件建模计算一般分为前处理和后处理两个部分,前处理主要包含定义材料和截面、建立节点、建立单元、定义边界条件、定义荷载工况、输入荷载;而后处理主要包括分析计算和查看及导出计算结果。通过分析桥梁智能软件计算的结果,可以辅助桥梁设计,也可以为桥梁健康检测提供分析依据。第一章桥梁工程设计教学导论

第一章桥梁工程设计教学导论1.2课程设计和毕业设计目的及作用

桥梁工程相关专业课程设计和毕业设计是高等学校教学过程中一个重要的综合性教学实践环节,也是实现本科培养目标要求的重要阶段。课程设计是结合桥梁工程课程教学过程设置的,目的是加强学生对桥梁设计的理解和应用;毕业设计是学生在完成全部课程学习以后,按照教学大纲的要求,在教师指导下独立完成的一项工程设计。通过课程设计和毕业设计,学生能综合运用和巩固已学的基础知识与专业知识,培养自身分析问题与解决问题的能力。对于学生来说,课程设计和毕业设计是学习深化、知识拓展、综合训练的重要过程,是学习、研究与实践成果的全面总结,是综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验,是课程和毕业乃至学位资格认定的重要依据。

第一章桥梁工程设计教学导论

桥梁工程相关专业课程设计和毕业设计不仅是道路与桥梁工程专业学生必须掌握的核心技能,也是桥梁工程建设中的重要一环,对于学习者的主要作用体现在以下几个方面:(1)巩固与运用桥梁理论的基本概念和专业知识。(2)查阅并使用各种规范、规程和专业参考资料的能力。(3)感知工程设计意识,提高概念设计的能力。(4)熟悉设计步骤并实践相关设计内容。(5)提高设计计算能力和施工图识绘的表达能力。(6)探索主动思考,通过主动辨析解决工程实践问题的能力。(7)提升语言表达能力和团队合作精神。

第一章桥梁工程设计教学导论1.3课程设计和毕业设计基本要求

课程设计和毕业设计要按正规的程序来进行。课程设计和毕业设计由指导教师编制设计任务书,其主要内容包括设计构思、方案论证、计算分析、绘制工程图、编制设计说明书和计算书等。学生的设计题目可以直接来自工程建设或科研项目的实际课题,也可以是有某工程背景的模拟课题。但是,不论是哪种课题,都应该有明确的教学要求;不论是做哪种课题,都应该要求学生以严谨、勤奋、求实、创新的良好学风完成整个课程设计或毕业设计工作。

第一章桥梁工程设计教学导论

课程设计和毕业设计均要求学生具备理论联系实际的专业综合能力,且设计过程中的各个阶段、每个环节都有着各自的特点和要求。要做好这两项设计应做到以下几点:1)内容科学、态度严谨、表达规范

课程设计和毕业设计与其他工程设计、产品设计一样,包括设计方案、图纸及其解释说明资料,都是一种技术性文件。技术性文件要求内容科学、态度严谨、表达规范,必须确切地表达事物的本质特征,以及这一事物和其他事物的区别性。这就要求绘图准确、清晰,叙述客观、合理,避免绝对化。

第一章桥梁工程设计教学导论2)语言精确、简洁、清晰、朴实

课程设计和毕业设计中自然语言符号系统和人工语言符号系统(技术性术语图表、公式等假定性符号)结合使用,以便更精确地表达所反映的事物及其规律,既要阐明事物定性的确切性,又要表达出事物数量上的差异性,切忌语言形容夸张和含糊其词。3)处理好详略关系

设计说明书在处理详写与略写的关系上与其他文体截然不同。对设计所依据的原理可以略写,在理论方面也不必发挥,而对于设计所涉及的技术方面的问题,如方案的选择与论证,应详细写清楚;对于计算要极为慎重,对工程中的一些细节也不可忽视。

第一章桥梁工程设计教学导论1.4课程设计和毕业设计前期准备1)下达任务书

课程设计任务书和毕业设计任务书是向学生下达设计任务的文件,一般由指导教师制定,经教研室和系审批后发给学生。其内容一般包括:①设计题目;②院、系、专业名称,学生姓名、学号,指导教师姓名以及进行设计的时间、地点;③设计的目的和要求;④设计的主要内容,包括研究专题及技术要求等;⑤设计的原始数据及应收集的基本资料;⑥说明书应该论述的内容及应该完成图纸的名称、规格和数量;⑦主要参考资料等。

第一章桥梁工程设计教学导论2)拟定进度计划

课程设计和毕业设计开始前,由指导教师拟定详细的设计进度计划表。进度计划表内容包括起止日期、周次、各设计阶段的详细任务、工作内容要求、完成时间及占工作量的百分比等。3)了解设计意图

学生接到设计任务书之后要认真阅读教师编写的设计任务书和指导书,了解整个设计的目的、意图、设计依据、设计标准、设计内容和基本要求。一个好的设计,除技术先进外,还要经济合理,符合国家规定的建设方针和技术政策。

第一章桥梁工程设计教学导论4)资料准备

课程设计或毕业设计的资料准备,主要通过调查研究、查阅中外文献和采集网络信息资料,以及参加专业实习两个渠道进行。一方面在进入专业课学习时,就要根据自己兴趣、爱好、特长以及客观条件,考虑自己课程设计或毕业设计的选题方向,有目的、有计划地查阅与选题方向有关的文献资料,进行一般目标上的资料收集;另一方面在参加生产实习及毕业实习的过程中搜集专业资料。

第一章桥梁工程设计教学导论1.5课程设计和毕业设计能力培养和选题原则1.5.1能力培养

土木工程专业本科桥梁工程方向课程设计的时间一般为1周,毕业设计的时间一般为12~16周。设计因学科类型、指导教师不同,要求学生在两种设计中所完成的内容也不尽相同。对于土木工程专业桥梁工程方向的学生来说,要想在这么短的时间内完成工程各阶段的规划、设计工作是不可能的。教师只能选择对某一阶段的某些重点内容下达课程设计或毕业设计任务,并通过其他手段和措施使学生了解和掌握设计的全过程,既要适应教学需要,又不能完全按实际工程设计的工作阶段和深度要求学生。因此,课程设计或毕业设计作为培养学生创新精神和实践能力的一次较为系统的训练,应注重以下几方面能力的培养。

第一章桥梁工程设计教学导论(1)调查研究、查阅和应用中外文献及采集网络信息资料的能力。(2)理论分析、运用所学知识进行综合分析、比较,构思设计方案的能力。(3)设计、计算及制图的能力。(4)计算机专业软件的应用及数据处理的能力。(5)综合分析、凝练创新、编制设计说明书的能力。(6)外语阅读与翻译的能力。

第一章桥梁工程设计教学导论1.5.2选题原则

课程设计和毕业设计首先要进行课题选择、编制设计任务书。这个环节工作的好坏直接影响着整个设计的进度和质量。设计选题应遵循的基本原则如下:1)专业性原则

选择要符合专业培养目标,有利于学生的综合训练和各种能力的培养,紧跟时代科技发展,力求有利于巩固、深化学生所学的知识;有利于培养学生的独立工作能力和创新能力;有利于使学生得到较全面的专业基本训练和科研工作能力的培养。

第一章桥梁工程设计教学导论2)实践性原则

设计的选题应尽可能结合生产实践、社会实践和科研实践,鼓励学院与科研院所、大型企事业研发和生产单位联合拟定选题,促进产、学、研的结合,增加课程的应用价值,有条件的可采取校内外联合指导的方式。3)创新性原则

设计的选题应突出创新性,充分发挥学生的专长和创造潜能,要结合学科创新、技术创新和具体产品创新,注重新技术、新理论、新方法的运用,使设计题目在难度适中的情况下尽可能反映科技创新和社会生产创意的需要。

第一章桥梁工程设计教学导论4)可行性原则

设计的选题在深度、广度和难度上应适当,符合本科生知识、能力、水平和工作条件的实际,既要满足本科设计工作量的要求,又要避免工作量过多或过少的两个极端,保证学生通过努力能够按时完成设计任务。5)多样性原则

设计的选题要覆盖到专业的各个方面,避免千篇一律;要贯彻因材施教的教育方针,鼓励学生根据兴趣在教师指导下自拟题目,并创造性地开展设计。

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桥梁工程设计教学导论桥梁智能设计软件及建模简介钢筋混泥土空心板桥结构设计钢筋混凝土简支T梁桥结构设计第一章第二章第三章第四章桥梁工程设计实例及智能建模分析第二章桥梁智能设计软件及建模简介第一章桥梁工程设计教学导论预应力混凝土简支T梁桥设计预应力混凝土简支箱梁桥设计预应力混凝土简支T梁桥智能设计第六章第七章第八章第五章预应力混凝土空心板桥结构设计第九章预应力混凝土简支箱梁桥智能设计桥梁工程设计实例及智能建模分析斜拉桥智能设计悬索桥智能设计第十一章第十二章第十章钢管混凝土拱桥智能设计桥梁工程设计实例及智能建模分析

第2章

桥梁智能设计软件及建模简介

2.1桥梁智能设计软件简介2.1.1国内外桥梁结构分析软件发展概况

1)国外发展概况

结构分析软件是伴随着计算机和算法语言的诞生而发展起来的。国外最早开发的结构分析软件是基于结构力学的矩阵位移法,只适用于等截面杆件的结构。1941年,Hrenikoff使用“框架变形功方法”求解了一个弹性问题。1943年,Courant发表了一篇使用三角形区域的多项式函数来求解扭转问题的论文,这些工作开创了有限元分析的先河。1956年,美国波音公司的Turner、Clough、Martin和Topp在分析飞机结构时系统研究了离散杆、梁、三角形的单元刚度表达式,并将刚架位移法推广应用于弹性力学平面问题,第一次给出了用三角形单元求平面应力问题的正确解答。1960年,Clough在处理平面弹性问题时,第一次提出并使用了“有限单元法(FiniteElementMethod)”这一名称,有限单元法由此诞生。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

1963—1964年,Besseling、Melosh和Jones等人研究了有限单元法的数学原理,证明了有限元是基本变分原理的里兹(Ritz)法的另一种形式,从而使里兹法分析所有理论基础都适用于有限单元法,并确认有限单元法是处理复杂工程问题的一种普通方法。现已证明,采用矩阵位移法编制的杆系程序,实际上是有限单元法中的一个特例。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

经过几十年持续不断的研发,国外结构分析软件已较为成熟,商业化程度高、知名的桥梁专用软件有TDVRM2006、Larsa、Sofistik、Lusas、Strap、Midas等。此外,一些通用商业软件,如ANSYS、ABAQUS、ADINA、MSC/NASTRAN、MSC/MARC、SAP2000、ALGOR、PRO/MECHANICS、IDEAS等的土木工程模块在桥梁结构分析中也被广泛应用。这些国外软件单元种类丰富,计算功能强大,能够开展结构的静力分析、动力分析、稳定分析、线性与非线性分析、结构或构件的细部分析和优化分析等。美国CSI公司开发的SAP2000程序,采用基于对象的非线性有限元技术,不仅可以模拟能量耗散装置、逐步倒塌过程、材料非线性行为等一系列结构特性和行为,而且可以分析顺序施工效应、Pushover分析、混凝土徐变与收缩抗震性能、冲击荷载响应、多基激励作用、基础隔振与阻尼器效能、大位移变形特征、土壤-结构相互作用、频域动力特性等工程场景与效应。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

自2000年美国CSI与中国建筑科学研究院合作,加入了中国相关规范,推出了中文版的SAP2000。韩国MidasIT公司结合中国桥梁相关标准规范,开发了中文版桥梁结构分析软件Midas/Civil,其内核都是SAP2000。

国外这些桥梁结构分析软件在对桥梁工程的理解和针对工程特点的计算方法上,以及对国内设计规范的把握和专业知识的积累方面不如国内自主研发的专业软件。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2)国内发展概况

我国桥梁结构分析软件的研发起步较晚。20世纪50年代至70年代末,我国不仅计算机数量稀少,而且算法语言单一,开发的一些分析软件仅限于高等院校和科研院所使用,尚未上升到专业计算程序的研制。20世纪80年代初,为适应预应力技术的发展和大跨径桥梁的建设需要,在“六五”和“七五”期间,交通部联合国内桥梁结构电算专家开展技术攻关,开发了公路桥梁综合程序(GQZJ)。该程序采用平面杆系单元,不仅能计算混凝土徐变、收缩和预应力,而且能应用动态规划法编制汽车、挂车等活载内力计算模块,并运用于广东洛溪大桥、湖北沙洋大桥、包头黄河大桥等多座预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥中。然而,受到计算机软、硬件条件的限制,源程序不能长期寄存在计算机内,要从穿孔卡片将程序导入计算机并从穿孔纸袋读取输入数据,计算结果只能打印到纸上,效率低下。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

20世纪80年代后期,随着计算机技术和算法语言Fortran程序的出现,有些设计院将GQZJ移植到不同类型的计算机上运行,并用Fortran语言重新编写源程序,后被国内众多设计院所采用,对推动国内大跨径桥梁的设计起到了重要作用,但单元与节点编号、节点坐标、预应力钢筋编号和几何坐标须由人工处理和输入,计算结果数据也必须由人工整理,可视化程度差,输入、输出数据易出错。20世纪90年代,随着个人计算机(PC)的出现和硬件性能的提高,GQZJ开始向PC上移植,并将图形可视化功能引入到程序的前后处理中。这个时期是我国桥梁专业软件发展的高峰时期,众多专业人员从事桥梁专业软件开发,比较典型的专业软件有GQJS、BRCAD、BSAS、桥梁博士(Dr.Bridge)等。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

除平面杆系程度外,还针对立交匝道弯桥、独柱支撑结构、现浇弯箱梁桥等,开发了多种曲线桥设计计算专业软件,其计算核心多为空间梁格系方法。较为典型的软件有李方广华曲线桥梁计算程序、弯斜坡异形桥梁空间结构分析软件系统(3D-BSA)(由广东省公路勘察规划设计院开发)和慧加结构分析与设计软件(WISEPLUS)等。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

目前,国内开发的桥梁结构分析软件现阶段已实现桥梁设计阶段的内力计算功能,充分考虑施工过程及非线性等因素,并广泛用于桥梁设计验证、施工控制、试验检测和病害分析等场景,正朝着空间梁格、板壳、实体单元仿真建模和非线性动力特性等方面拓展,并强化了计算数据和绘图软件的接口集成,形成了分析-设计-绘图-文档全流程一体化解决方案。另外,通过虚拟现实技术融合,国内相关软件已应用于桥梁方案比选、虚拟设计、项目管理及事故模拟分析等领域。

鉴于目前在桥梁设计或研究院所使用较多的是Midas/Civil和桥梁博士软件,本书后面章节中主要结合这两个智能计算软件进行桥梁工程智能设计和分析。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2.1.2

Midas/Civil桥梁智能设计软件简介Midas/Civil是MidasFamilyProgram系列产品之一。该软件从1996年开始研发,于2001年11月首次发布,目前最新版本为2024年重磅推出的桥梁产品MidasCivilNX。作为桥梁领域通用结构分析及设计软件,其采用全新一代的用户界面,使用尖端的计算机显示技术,在图标显示和布局、快速检索、模型查看与检查等方面,赋予了更直观、高效、便捷的方式。MidasCivilNX集成了静力分析、动力分析、几何非线性分析、屈曲分析、移动荷载分析、悬索桥分析等分析设计功能,程序更是开放了API接口,极大拓展和丰富了产品的应用场景。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

Midas/Civil是一个通用结构及桥梁结构分析设计软件,用于桥梁结构、地下结构、工业建筑结构等的静力分析、动力分析、非线性分析、施工阶段分析和优化分析设计。在桥梁结构方面,Midas/Civil结合了中国公路、铁路和城市道路设计规范,提供了从建模、分析、后处理到设计的一体化功能。Midas/Civil的主要特点如下:(1)Midas/Civil不仅提供了菜单、Excel表格、MCT文本和AutoCAD导入等建模方法,还可以导入由SAP2000创建的有限元模型,建模便捷。(2)Midas/Civil提供了悬索桥、斜拉桥的建模助手,以及采用顶推法、悬臂法、移动支架法、满堂支架法施工的桥梁建模助手。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(3)Midas/Civil内置有丰富的材料和截面数据库,提供了中国、美国、英国、德国、日本、韩国等多个国家和地区的材料和截面数据库。用户还可根据需要自行定义材料和截面特性。(4)Midas/Civil单元类型丰富,提供了桁架、一般梁/变截面梁、平面应力/平面应变、只受拉/只受压、间隙、钩、索、加劲板轴对称、板(厚板/薄板、面内/面外厚度、正交各向异性)、实体单元(六面体、楔形体、四面体)等工程结构分析所需的单元类型。(5)Midas/Civil提供了静力分析、动力分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、动力边界非线性分析、几何非线性分析、索力优化、屈曲分析、移动荷载分析、支座沉降分析、热传导分析、水化热分析、施工阶段分析、联合截面施工阶段分析等功能。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(6)在后处理中,用户可以根据桥梁设计规范自动生成荷载组合,也可以添加和修改荷载组合。(7)Midas/Civil可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本;提供静力分析和动力分析的动画文件;提供移动荷载追踪器的功能,可找出指定单元发生最大内力(位移等)时移动荷载的作用位置;提供局部方向内力的合力功能,可将板单元或实体单元上任意位置的节点力组合成内力。(8)Midas/Civil可在进行结构分析后对多种形式的梁、柱截面进行设计与验算。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

1)Midas/Civil用户界面Midas/Civil提供了多种便利的菜单系统、树形菜单、工作面板和实用的工具条,用户界面如图2-1所示。第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-1

Midas/Civil用户界面

(1)快速访问工具栏。

快速访问工具栏中包含“新项目”“打开项目”“项目信息”“保存”“打印”“打印预览”等对项目或文件进行操作的快捷图标(图2-2),用户可以使用相应的图标命令实现对项目文件的快速操作。(2)选项卡。

选项卡中内置了Midas/Civil中所有的操作命令和快捷键(图2-2)。用户通过操作选项卡中的命令或快捷键,可以完成从模型建立、计算分析到结果输出和设计的全过程。第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-2快捷访问工具栏和选项卡

(6)在后处理中,用户可以根据桥梁设计规范自动生成荷载组合,也可以添加和修改荷载组合。(7)Midas/Civil可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本;提供静力分析和动力分析的动画文件;提供移动荷载追踪器的功能,可找出指定单元发生最大内力(位移等)时移动荷载的作用位置;提供局部方向内力的合力功能,可将板单元或实体单元上任意位置的节点力组合成内力。(8)Midas/Civil可在进行结构分析后对多种形式的梁、柱截面进行设计与验算。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(3)树形菜单(图2-3)。

树形菜单是Midas/Civil软件的一大特色。树形菜单将所有关联菜单以阶梯结构的形式显示,方便用户观察和管理模型数据。在该菜单中,Midas/Civil软件还提供了通过拖放(Drag&Drop)方式对单元和节点赋予属性(材料、截面、约束和组类别等)的功能。通过树形菜单,用户同样可以完成模型建立、计算分析和结果输出等工作。(4)图标菜单(图2-4)。

为简化操作,Midas/Civil软件将经常使用的命令制成图标快捷键,图标菜单由一系列具有相同功能的独立菜单(“撤消/重做”“选择功能区”“钝化/激活功能区”“显示功能区”“栅格控制”“前后处理切换”“对象捕捉控制”等)构成,用户可以根据需要和个人喜好将各菜单独立拖放至合适的位置。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-3树形菜单

(5)右键关联菜单。

在模型窗口或树形菜单中单击鼠标右键,Midas/Civil软件会自动根据当前的操作状态弹出相应的功能菜单。(6)表格窗口。Midas/Civil软件除了提供交互式的输入输出功能之外,还提供了使用电子表格处理数据的功能。该表格形式与OfficeExcel兼容,在批量输入、批量修改或按属性整理及查询时非常实用。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(7)模型窗口。

模型窗口是Midas/Civil在图形用户窗口(GraphicUserInterface,GUI)下建立模型和显示结果的操作窗口。模型窗口可以分割为若干个子窗口,各子窗口允许使用不同的坐标系。由于子窗口都是基于当前的模型或结果数据库的,因此任意一个子窗口中的操作结果都会在其他子窗口内得到实时反映。

在模型窗口中,既可以展示一般形态的模型,也可以将模型和分析结果通过去除隐蔽线、调整明暗、照明及颜色分离处理等功能展示渲染画面。第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-4图标菜单

(8)信息窗口。

信息窗口用于显示在建模和分析过程中出现的各种提示、警告或错误信息。信息窗口是帮助查找模型错误的重要途径。(9)命令行。

命令行是输入Midas/Civil预定义的快捷命令的区域。快捷命令与选项卡、树形菜单、图标菜单和关联菜单中的命令具有相同的功能。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(10)状态条(图2-5)。

状态条位于图形界面的最下端,显示模型的单位体系、坐标描述、捕捉到的节点或单元的信息,并为用户提供快捷查询、单位变更、单元捕捉以及选择过滤器等功能。第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-5状态条

2)Midas/Civil初始化设置(1)单位体系的设定或变更。Midas/Civil允许用户根据需要设定或变更模型单位体系。例如,在输入单元节点坐标时使用“m”单位,在输入截面或输出变形时变更为“mm”单位。对于由长度单位和力的单位组合而成的弯矩、应力、弹性系数等的组合单位,程序会根据长度和力的单位自动进行组合。

从选项卡中选择“工具”→“单位体系”命令(图2-6),或从状态条中设定或变更单位体系。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-6单位体系

(2)设定建模所需的坐标系。Midas/Civil提供了四种坐标,即总体坐标系、单元坐标系、节点坐标系和用户坐标系。①总体坐标系(GlobalCoordinateSystem,GCS)。

总体坐标系为笛卡儿直角坐标系,遵循右手法则,各轴用大写字母(X、Y、Z)表示。其Z轴默认在模型窗口内竖直向上,因此将结构的竖直方向(即重力加速度的反方向)定义为总体坐标系的Z轴方向会比较便利。②单元坐标系(ElementCoordinateSystem,ECS)。

单元坐标系同样遵循右手法则,各轴用小写字母(x、y、z)表示。作用于梁单元、桁架单元、板单元等上的荷载都是在单元坐标系中输入,单元内力、应力输出也是基于单元坐标系。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

③节点坐标系(NodeLocalCoordinateSystem,NCS)。

节点坐标系是赋予节点以特殊方向的坐标系。节点坐标系同样遵循右手法则,各轴用小写字母(x、y、z)表示。

当结构端部节点的约束(支承)方向、弹簧支承方向以及节点的强迫位移与总体坐标系的坐标轴方向不平行时,应采用节点坐标系。④用户坐标系(UserCoordinateSystem,UCS)。

用户坐标系是为方便建模而在GCS上附加设定的坐标系。Midas/Civil在创建新文件的同时自动创建一个UCS,初始的UCS坐标系与GCS坐标系相同。UCS中的坐标轴用小写字母(x、y、z)表示。

用户可根据建模需要定义新的UCS,并可在UCS和GCS之间切换。模型中的所有节点坐标输入都是在UCS中进行的。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2.1.3桥梁博士智能设计软件简介

桥梁博士(Dr.Bridge)软件是上海同豪土木工程咨询有限公司针对桥梁结构设计与效果分析研发的一款桥梁设计类软件。本书主要依据同豪桥梁博士V5.0高校版设计编写。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

1)桥梁博士软件的功能与特点

桥梁博士软件的主要功能及特点包括以下方面:(1)计算核心全面支持空间三维结构,支持七自由度梁单元。(2)数据输入全部采用图形、表格交互,建模效率大幅度提升。(3)创新使用“构件建模”法,更贴近工程实际,降低结构计算难度。(4)支持桩基础作为子结构参与结构整体模型的联合分析,并可完成全桥从上部到下部以及基础的全过程一体化验算。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(5)支持抗震、几何非线性、边界非线性、屈曲稳定、特征值等力学分析功能。(6)系统解决多项桥梁分析疑难问题,实现有效分布宽度、支点负弯矩削峰等内容的自动计算;支持Hambly梁格、折面梁格自动剖分;支持空间网格分析、无应力状态法、顶推法、挂篮模拟等功能。(7)支持国内公路、城市、铁路、地铁等桥梁设计规范;内容涵盖混凝土、钢桥、组合梁等结构规范,以及抗震、抗风、斜拉桥、悬索桥等规范。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(8)支持桥梁结构抗倾覆稳定计算、结构支座脱空检查、结构撞击验算等功能。(9)基于空间影响面理论,全面解决任意活载类型、各种组合的智能布载难题。(10)支持计算书自动生成,计算结果输出更符合桥梁专业习惯,图表清晰,数据丰富。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2)桥梁博士用户界面

桥梁博士V5.0软件用户界面提供了多种便利的主菜单系统、操作界面、树形菜单、属性表格以及实用便捷的工具条。用户界面如图2-7所示。第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-7桥梁博士软件初始界面

(1)主菜单。

系统固定的工具栏。与特定的模型窗口相关的动态工具栏,即当某种类型的模型窗口被打开时,系统自动显示与之相关的工具栏。(2)树形菜单。

管理一个项目文件下多个模型。将某个工程结构分析模型分为了总体信息、结构建模、钢束设计、钢筋设计、加劲设计、施工分析、运营分析、地震分析、撞击分析共9个前处理输入区块,以及结果查询、计算报告2个后处理区块,如图2-8所示。(3)图形窗口:以图形化方式进行建模的主工作区。

在前处理过程中用于图形交互建模,在后处理过程中用于显示效应图和标注。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-8树形窗口

(4)中间条。

用于控制图形窗口和信息表的主要显示内容。例如,在结构建模区块中,可通过中间条切换到施工信息的输入。在施工分析区块中,可通过中间条切换施工阶段。(5)信息表。

以表格方式进行建模的工作区。信息表中的行信息与图形窗口中的对象一一对应。(6)人机交互信息窗口。

输出建模、分析过程中的各种信息和警告、错误信息等。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(7)命令窗口。

所有桌面共享一个全局的命令行窗口。可以使用类似CAD命令的方式发送操作指令,每个指令与主菜单中的按钮一一对应。

当构建桥梁模型时,所需要的模型处理工具如图2-9所示。项目管理树与图形区如图2-10所示。单击项目管理树可修改建模阶段,图形区可直接修改当前阶段模型。第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-9工具栏

单击右侧“截面”按钮,可显示该模型的截面,同时可使用工具栏进行截面的修改与调整,截面设计如图2-11所示。

与CAD软件类似,图2-12所示界面为命令输出窗口和命令行,可作出相应的指令要求。第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-10项目管理树和图形区

第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-11截面设计界面

第二章桥梁智能设计软件及建模简介图2-12命令行显示与编辑区

2.2桥梁智能建模简介2.2.1简支梁桥的模型

桥梁工程中常用的简支梁桥有板梁桥、T梁桥和小箱梁桥。其中,板梁桥又分为整体式板桥和装配式板桥。1)平面模型

当采用平面模型分析装配式的板梁桥、小箱梁桥或T梁桥的内力和变形时,只需建立一片梁的有限元模型,其空间效应通过横向分布系数来体现。Midas/Civil可以直接分析空间问题,其空间效应由模型直接反映,也无须再计算荷载横向分布系数。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2.2桥梁智能建模简介2)空间模型

由多片主(纵)梁通过横隔梁或铰缝连接而成的桥梁,可以用梁格法来分析。梁格法的分析思路是:把分散在梁(或板)的每一个区段内的弯矩和抗扭刚度假定集中于最邻近的等效的梁格内,梁(或板)的纵向刚度集中于纵向梁内,而横向刚度则集中于横向梁内。理想的梁格应该是,当原型梁(或板)和等效的梁格承受相等的荷载时,这两个结构的挠曲是恒等的,而且在任一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁所代表的梁(或板)部分的截面合力。

可见,由多片板梁、T梁和小箱梁构成的空间模型,完全可以用梁格法来计算,建立的模型也称为梁格模型。本书只介绍简支梁桥的T梁和小箱梁的梁格建模方法,有关斜交桥和曲线桥梁的梁格建模方法可参考Midas/Civil相关参考材料。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2.2桥梁智能建模简介

对于T梁和小箱梁,将T梁的梁肋和翼缘板合建为梁单元,横隔板单独建为梁单元。这种建模方式仅仅考虑了横隔板的连接,却忽略了T梁或小箱梁翼缘板之间的连接作用。如要考虑翼缘板间的连接,可参照板梁引入虚拟横梁(重量为零),也可用Midas/Civil弹性连接中的刚性连接或主从节点的刚性连接模拟。由于横向荷载主要依靠横隔板传递,因此可近似地不考虑翼缘板间的横向连接,不设虚拟梁或刚性连接。

定义支座约束时,只需约束一排支座中一个支座在X、Y方向的自由度,否则会造成温度作用计算结果偏大。板式橡胶支座尽量用弹性支承模拟,尤其是需要考虑动力特性时,应取支座实际的刚度值。弯桥应注意支座的约束方向,通过设置节点局部坐标系来施加约束。当进行移动荷载分析时,应按横向联系梁法定义车道。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2.2.2钢管混凝土拱桥的模型

钢管混凝土拱桥的建模比较复杂,与分析目标及采用的材料特性有关。目前,钢管混凝土拱桥常用的建模方法有基于统一理论的钢管混凝土单元法、钢管混凝土双单元法和复合梁单元法。1)钢管混凝土单元法

这种方法是基于钢管混凝土统一理论,视钢管混凝土为一种材料,钢管混凝土截面特性按钢管外径计算,材料特性则按统一理论给出的公式计算。由于材料特性中已经考虑了钢管初应力影响,因此可用于钢管混凝土拱桥成桥状态下的内力和承载力计算。但在计算变形时,抗压刚度取0.8折减系数。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2)钢管混凝土双单元法

视钢管和混凝土为两种材料,在相同节点位置重复建立两个单元:一个为钢管,另一个为混凝土。双单元模型主要用于模拟钢管混凝土拱桥的施工过程,这样可以得到较为真实的钢管、管内混凝土内力值和拱圈变形值。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

3)复合梁单元法

在计算钢管混凝土拱桥极限承载力时,需要同时考虑几何非线性和材料非线性、混凝土收缩徐变、钢管混凝土组合截面形成过程、钢管与混凝土的应力发展历程及温度变化等因素,以及能够反映约束效应的核心混凝土本构关系,此时应采用复合梁单元。复合梁单元应具有以下功能:(1)能够同时考虑几何非线性和材料非线性,为此应采用能够描述不同施工阶段截面材料的复合面来描述。(2)能够反映钢管混凝土截面形成、混凝土开裂以及混凝土从开始浇筑到承受荷载的全过程,可以钝化或激活混凝土,并能反映截面形心和扭心的不断变化。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

(3)含有初应力和初应变项。由于钢管混凝土组合截面是在架设成拱的空钢管拱肋基础上逐渐灌注而成的,因此在形成钢管混凝土组合截面前,空钢管中已经储存了较大的初应力,该初应力使钢管混凝土的弹性工作阶段缩短,提前进入弹塑性工作阶段。混凝土收缩、徐变与温度荷载对结构的响应实际是结构中有初应变的非线性分析。(4)多阶段的应力叠加。组合结构体系的最终应力状态取决于各施工阶段的应力发展历史,如果将钢管混凝土拱桥按照一次落架来分析桥梁的最终状态,就不能反映真实的应力分布。此外,随着施工的推进,混凝土的收缩和徐变也将导致应力在构件中和截面内重新分布,因此有必要进行施工阶段的应力叠加分析。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2.2.3斜拉桥的有限元模型

斜拉桥由主梁(加劲梁)、斜拉索、索塔和桥墩等组成。根据所用材料不同,主梁有预应力混凝土、钢箱梁、钢桁梁和钢-混结合梁等;按其截面形式不同,有箱形、双主梁和板形等;按斜拉索空间布置不同,有单索面、竖向双索面和斜向双索面。因此,斜拉桥的建模是比较复杂的。

根据设计阶段、分析目标的不同要求,可将斜拉桥建成平面模型或空间模型。单索面斜拉桥的主梁采用单梁模型。双索面斜拉桥的主梁采用鱼骨模型或双主梁、三主梁模型。当计算斜拉桥的动力特性时,应对质量分布进行处理。

斜拉索用桁架单元或索单元模拟,为考虑斜拉索的垂度效应,可采用经Ernst公式修正的桁架单元,大跨度斜拉桥宜选用索单元。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

2.2.4悬索桥的有限元模型

悬索桥由主缆、加劲梁、吊索和索塔等组成。其中,主缆是主要的承重结构,加劲梁自重及车辆活载通过吊索传递给主缆。常用的悬索桥加劲梁形式有钢桁梁和钢箱梁两种。

悬索桥的自重和大部分使用荷载主要由主缆承担,特别是成桥后,在恒载作用下主缆和吊索的张力、桥形应与设计目标一致。悬索桥的主缆是变形性很大的承重构件,施工过程中主缆和加劲梁的几何形状变化非常大,所以在进行悬索桥设计时,要做逆施工阶段分析(倒拆分析),为了做好考虑几何非线性的倒拆分析,还需要做自重荷载下的初始平衡状态分析。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

悬索桥在加劲梁的自重作用下产生变形后达到平衡状态,在满足设计要求的垂度和路径条件下,计算主缆的坐标和张力的分析一般称为初始平衡状态分析。这是对运营阶段进行线性分析和非线性分析的前提条件,应尽可能使平衡状态分析结构与设计条件一致。

悬索桥的初始平衡状态分析阶段是以悬索桥的基本假定为基础,利用节线法进行计算空缆线形的过程。节线法是指利用加劲梁、吊索自重作用下产生的内力平衡条件来计算主缆的坐标和张力的方法。此外,也可利用弹性悬链线确定空缆线形的方法和考虑加劲梁、主缆、主塔体系来决定整体结构形状的精确分析方法。Midas/Civil不仅支持节线法分析,而且还能对整体结构体系做精确的初始平衡状态分析。为此,应优先采用建模助手建立悬索桥模型。第二章桥梁智能设计软件及建模简介

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桥梁工程设计教学导论桥梁智能设计软件及建模简介钢筋混泥土空心板桥结构设计钢筋混凝土简支T梁桥结构设计第一章第二章第三章第四章桥梁工程设计实例及智能建模分析钢筋混凝土空心板桥结构设计第一章桥梁工程设计教学导论第三章预应力混凝土简支T梁桥设计预应力混凝土简支箱梁桥设计预应力混凝土简支T梁桥智能设计第六章第七章第八章第五章预应力混凝土空心板桥结构设计第九章预应力混凝土简支箱梁桥智能设计桥梁工程设计实例及智能建模分析斜拉桥智能设计悬索桥智能设计第十一章第十二章第十章钢管混凝土拱桥智能设计桥梁工程设计实例及智能建模分析

第3章

钢筋混凝土空心板桥结构设计

本章系统阐述了空心板桥的核心设计要素。在结构设计方面,通过设置合理形状的孔洞有效减轻结构自重,同时确保顶底板具有足够的构造厚度。截面分析重点包括净截面特性计算和中性轴定位,为结构刚度提供依据。荷载计算综合考虑恒载和活载作用,按照规范要求进行不同极限状态的荷载组合。结构验算包含抗弯和抗剪承载力计算,均采用标准计算方法。配筋设计需满足纵向钢筋和箍筋的基本配置要求,并特别加强孔洞周边的钢筋布置。

此外,设计过程还需完成裂缝控制和挠度验算,同时重视施工阶段的应力管理及横向荷载分配。各设计环节均严格遵循现行桥梁设计规范,在确保结构安全可靠的前提下,兼顾经济合理性。设计中需特别注意孔洞对结构性能的影响,并采取相应的构造措施。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计3.1基本设计资料3.1.1桥址情况

本章设计案例为左岸侧引桥部分,且与河道方向正交,主桥标准跨径为10.00m,无通航通行要求,地面高程为5.80~6.00m,设计地下水位为4.20m。3.1.2气象资料

年最高气温42℃,年最低气温-9.6℃,年平均气温17.5℃,基本气压101kPa。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计3.1.3跨径和桥面宽度(1)标准跨径:Lk=10.00m。(2)预制梁长:9.96m。(3)计算跨径:l0=9.60m。(4)桥面宽度(桥面净空):净8.00m(行车道)+2×1.00m(人行道)。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计3.1.5施工条件

施工条件良好。

3.1.6主要材料

根据《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362—2018)(以下简称《公预规》)规定,公路桥涵钢筋混凝土受力构件的混凝土强度等级不低于C25;当采用强度标准值400MPa及以上钢筋时,不低于C30。本设计案例采用C40。

《公预规》规定,公路桥涵钢筋混凝土构件中的普通钢筋宜选用HPB300、HRB400、HRB500、HRBF400和RRB400。本设计案例主钢筋和架立钢筋均采用HRB400级,其他钢筋用HPB300级。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计3.2构造形式及截面尺寸拟定3.2.1结构设计(1)本设计案例桥梁标准跨径Lk=10.0m<13.0m,选用钢筋混凝土简支板,由8块宽度为1.24m的空心板连接而成。(2)桥面板横坡为双向1.5%,坡度由桥面三角垫层控制。(3)空心板参数:单块板高度为0.45m,宽为1.24m,板间留有7×8/7cm的缝隙用于灌注砂浆。(4)桥面铺装:双层混凝土铺装,上层为0.04m厚的沥青混凝土,下层为0.06m厚的素混凝土(C50)。(5)桥梁横断面构造及尺寸如图3-1所示。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计图3-1

10m钢筋混凝土空心板桥梁横断面构造及尺寸图式(尺寸单位:cm)

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计3.2.2设计参数(1)混凝土的材料特性:C40的抗压强度标准值fck=26.8MPa,抗压强度设计值fcd=18.4MPa;抗拉强度标准值ftk=2.40MPa,抗拉强度设计值ftd=1.65MPa;混凝土弹性模量Ec=3.45×104MPa。(2)沥青混凝土重度按24kN/m3计,钢筋混凝土重度按26kN/m3计,铰缝水泥混凝土重度按24kN/m3计。(3)钢筋的材料特性:HRB400级钢筋的抗拉强度标准值fsk=400MPa,抗拉、压强度设计值fsd=330MPa,钢筋弹性模量Es=2×105MPa;HPB300级钢筋的抗拉强度标准值fsk=300MPa,抗拉、压强度设计值fsd=250MPa,钢筋弹性模量Es=2.1×105MPa。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计3.3空心板截面几何特性计算

空心板截面构造和尺寸如图3-2所示。3.3.1毛截面面积1)空心板毛截面面积

为了方便计算截面特性,将空心板截面构造图划分了区域,如图3-3所示。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计图3-2空心板截面构造和尺寸(尺寸单位:cm)图3-3空心板截面构造计算图式(尺寸单位:cm)

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计2)铰缝截面面积

如图3-4所示,将铰缝构造图分成4个模块计算铰缝的面积。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计图3-4铰缝截面构造及分块截面重心计算图式(尺寸单位:cm)

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计3.3.2毛截面重心位置

参考《桥梁设计常用数据手册》中表1.4-1常用几何特性表,计算本设计案例的全截面对1/2板高处(即离板上缘22.5cm处)的静距及重心位置(图3-5)。图3-5空心板分块截面重心位置(尺寸单位:cm)

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

2)空心板边板截面重心位置(1)空心板边板截面对1/2板高处的静矩:

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

3)铰缝截面重心位置(1)铰缝截面对1/2板高处的静矩:

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

(2)截面重心位置:

铰缝重心对1/2板高处的距离为:

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

3.3.3中板毛截面惯性矩

参考《桥梁设计常用数据手册》中表1.4-1常用几何特性表中各截面对自身惯性矩进行计算,本设计案例铰缝对重心轴的惯性矩I1为各分块对自身的惯性矩与对重心平行移轴的惯性矩之和:I1=162.78+33600.62+19101.32+5428.34+175.42+6712.63+32.67+2844.06=68057.83cm4

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

空心板对毛截面重心轴的惯性矩I2:

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

空心板毛截面对其重心轴的惯性矩I:

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

空心板截面的抗扭刚度可简化为如图3-6所示的粗线部分箱形截面近似计算,抗扭刚度IT为:图3-6抗扭惯性矩简化计算图式(尺寸单位:cm)

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

(3)铰接缝自重(二期结构自重)G3。

中板:G3=(487.43+8/7×45)×10-4×24=1.293kN/m

边板:G'3=(487.43/2+8/7×45/2)×10-4×24=0.647kN/m

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

由上述计算得到空心板每延米总重力为:

中板:GⅠ=G1=9.546kN/m(一期结构自重)GⅡ=G2+G3=5.15+1.293=6.443kN/mG=GⅠ+GⅡ=9.546+6.443=15.989kN/m

边板:G'Ⅰ=G'1=10.112kN/m(一期结构自重)G'Ⅱ=G2+G'3=5.150+0.647=5.797kN/mG'=G'Ⅰ+G'Ⅱ=10.112+5.797=15.909kN/m

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计注:跨中弯矩Ml/2=ql2/8,l/4跨弯矩Ml/4=3ql2/32;支点剪力V0=ql/2;l/4跨剪力Vl/4=ql/4;跨中剪力Vl/2=0。作用种类作用/(kN/m)计算跨径/m作用效应-弯矩M/(kN·m)作用效应-剪力V/kN跨中l/4跨支点l/4跨跨中GⅠ9.5469.6109.9782.4745.8222.910GⅡ6.4439.674.2355.6730.9315.460G15.9899.6184.19138.1476.7538.370G'Ⅰ10.1129.6116.4987.3748.5424.270G'Ⅱ5.7979.666.7850.0827.8213.910G'15.9099.6183.27137.4576.3638.180

由此可计算出简支空心板永久作用效应,计算结果见表3-1。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

3.4.2可变作用效应计算

根据《通用规范》,公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk为:qk=10.5kN/m

计算弯矩效应时:Pk=2(l0+130)=2×(9.6+130)=279.2kN

计算剪力效应时:Pk=1.2×279.2=335.04kN

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

(2)车道横向折减系数ξ。

本设计案例桥面净宽为10.0m,单侧人行道宽1.0m,车辆行驶宽度W=8.0m,最多只能按两车道布载,即车辆双向行驶。

《通用规范》中规定,当桥涵设计车道数等于或大于2时,应按《通用规范》中表4.3.1-5进行取值,本设计案例取横向折减系数ξ=1.0。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计板号荷载位置γ12345678∑ηij10.03000.28100.21900.15400.11000.08100.06100.05000.0440≈1.0000.04000.31100.23400.15500.10400.07200.05100.03900.03300.03100.28400.22050.15410.10940.08010.06000.04890.042920.03000.21900.21600.17500.12400.09100.06900.05600.0500≈1.0000.04000.23400.23300.18300.12200.08400.06000.04600.03900.03100.22050.21770.17580.12380.09030.06810.05500.048930.03000.15400.17500.18600.15600.11300.08500.06900.0610≈1.0000.04000.15500.18300.20000.16300.11000.07800.06000.05100.03100.15410.17580.18740.15670.11270.08430.06810.060040.03000.11000.12400.15600.17500.15000.11300.09100.0810≈1.0000.04000.10400.12200.16300.18800.15700.11000.08400.07200.03100.10940.12380.15670.17630.15070.11270.09030.0801横向分布影响线坐标值表3-2

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

由表3-2所示的数据绘出各板的横向分布影响线,并按横向最不利位置布载,求得两车道情况的各板横向分布系数。各板的横向分布影响线及横向最不利布载如图3-7所示。由于桥梁断面结构对称,故只需计算1号至4号板的横向分布影响线坐标值。

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计图3-7荷载横向分布影响线及横向最不利布置图(尺寸单位:cm)

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计板号1号板2号板3号板4号板荷载种类两车道人群荷载两车道人群荷载两车道人群荷载两车道人群荷载荷载横向分布系数0.23910.29010.21850.22080.16940.15210.11960.10800.14780.04230.16850.04830.18310.05920.15950.07910.1040—0.1176—0.1486—0.1716—0.0677—0.0766—0.0952—0.1273—moq或mor0.27930.33240.29060.26910.29820.21130.28900.1871各板荷载横向分布系数计算表表3-3

第三章钢筋混凝土空心板桥结构设计

由表3-3可见,3号板汽车荷载横向分布系数最大,为了设计和施工方便,各空心板设计成统一规格,按最不利组合进行设计,即先用3号板横向分布系数,跨中和l/4截面处的荷载横向分布系数取下列数值:moq=0.2982;