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1、桥梁博士系统（DR.Bridge）,有限元法概述,龙驭球：有限单元法,有限元法概述,有限元解的精确分析,有限元法的解只是一种逼近原结构真实解的近似解答，解的精确性主要取决于以下方面：,(1) 有限元模型能否正确反映原结构的真实状态。,(a) 有限元模型是多单元组成的离散结构，其各单元之间仅通过结点连接，因此，内力从一单元向另一单元的传递也自然通过结点来进行。这种结点连接、结点传力的假设对于杆系结构来说，是复合杆件连接与传力的实际情况。故有限元法应用于分析杆系结构，其解为精确解。,有限元法概述,(b) 二、三维连续体：上述结点连接于传力的假定将歪曲连续体的连接与传力实际情况。 连续体内，相邻单元
2、内力的传递是通过其共有边界来进行，但在有限元模型里系假定为结点传递。因此，有限元法用以分析二、三维连续体，从本质上讲只能是近似解。,有限元法的解能否真正 收敛于原结构的精确解？,桥梁博士简介,博士系统一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。其基本功能：,（1）直线桥：能够计算钢筋混凝土、预应力混凝土、组合梁以及钢结构的各种结构体系的恒载与活载的各种线性与非线性结构响应,（2）斜、弯和异型桥梁 ：采用平面梁格系分析各种平面斜、弯和异型结构桥梁的恒载与活载的结构响应,桥梁博士简介,（3）其它,利用桥梁博士系统进行设计计算一般需要经过：,直线桥
3、设计计算输入,（1）离散结构划分单元,（2）施工分析,（3）荷载分析,（4）建立工程项目,（5）输入总体信息、单元信息、钢束信息、 施工阶段信息、使用阶段信息、输入 优化信息（索结构）,（6）进行项目计算,（7）输出计算结果,单位约定,坐标系,平面杆系,总体坐标系：系统默认的坐标系，节点坐标、节点位移以及反力均按总体坐标系输出。 X：水平向右为正 Y：垂直X轴向上为正,单元局部坐标系：单元内力和应力均按单元局部坐标系输出。 X：沿构件的纵轴线方向, 以左节点到右节点方向为正 Y：垂直X轴向上为正,荷载方向,水平力：沿整体坐标的x方向向右为正； 竖直力：沿整体坐标的y方向向上为正； 弯 矩：依右
4、手螺旋法则，垂直于整体坐标系向外（向用户方向）为正,效应方向,轴 力：使单元受压为正，受拉为负 剪 力：由单元底缘向顶缘方向为正，反之为负 弯 矩：使单元底缘受拉为正，上缘受拉为负（平面） 位 移：与总体坐标系一致为正，反之为负 正应力（法向应力）：压应力为正，拉应力为负； 剪应力：由截面底缘向顶缘方向为正，反之为负； 主应力：正表示压，负表示拉； 强 度：受弯构件的强度为MR，单位KN-m，其它构件强度为NR； 结构支承反力：与总体坐标系一致为正，反之为负；,数据准备,结构离散：在进行结构计算之前，首先要根据桥梁结构方案和施工方案，划分单元并对单元和节点编号。,对于单元的划分一般遵从以下原则
5、： （1）对于所关心截面设定单元分界线，即编制节点号,（2） 构件的起点和终点以及变截面的起点和终点编制节点号；,(3) 不同构件的交点或同一构件的折点处编制节点号； (4) 施工分界线设定单元分界线，即编制节点号；,(5) 当施工分界线的两侧位移不同时，应设置两个不同的节点，利用主从约束关系考虑该节点处的连接方式； (6) 边界或支承处应设置节点； (7) 不同号单元的同号节点的坐标可以不同，节点不重合系统形成刚臂； (8) 对桥面单元的划分不宜太长或太短，应根据施工荷载的设定并考虑活载的计算精度统筹兼顾。因为活载的计算是根据桥面单元的划分，记录桥面节点处位移影响线，进而得到各单元的内力影响
6、线经动态规划加载计算其最值效应。对于索单元一根索应只设置一个单元。,数据准备,施工分析,划分施工阶段，确定施工周期； 各施工阶段的具体操作：包括安装的单元号、张拉的钢束号、添加的外力荷载、本阶段的内部、外部约束条件、挂篮的操作步骤、拉索单元的索力调整等等。 桥梁结构不同的施工方法将导致结构的最终成桥内力不同。施工阶段的划分，对于结构设计有很大的影响,项目的建立,用户通过“文件”下拉式菜单，选择“新建项目组”或“打开项目组” 通过“项目”下拉式菜单选择“创建项目”，或者在项目组管理窗口，通过右键来点击“创建项目” 。,输入项目名称、通过点击“浏览”来选择存储路径，在下拉条中选择项目类型。 创建项
7、目后，程序出现了如下页图 所示的界面。现在用户就可以根据事先的准备，输入数据了。在一个项目组中，创建一个新项目，或通过双击打开一个既有项目，程序均会出现如下页图所示的数据文档窗口，在此窗口输入或查看所有的计算原始数据。 此界面的最左侧是项目管理窗口。输入窗口的下部是图形显示窗口，用户可以用右键切换显示信息，以帮助用户判断输入数据的准确性，快速了解结构特征。,项目的建立,基本信息,桥梁工程描述、结构备忘描述：用户可以在此输入备注性质的文字，来描述本项目的特点，以便于日后查看。 计算类别：根据不同的需要选择不同的计算方式。 (1) 计算内力、位移：掌握结构的基本受力状态； (2) 估算配筋面积：得
8、到大致的配筋信息，初步掌握结构的设计要点； (3) 全桥结构安全验算：对结构设计进行复核、修正； (4) 优化计算拉索面积：对斜拉桥的拉索面积、张拉索力进行优化。,如果是初步设计阶段则选择估算配筋面积，此时应在 结构配筋估算信息对话框中指定预配置的钢筋或钢束类型等，以便估算的钢筋面积更接近真值。,基本信息,桥梁环境,选择桥梁所处的地理环境。程序在计算混凝土构件收缩徐变时使用。用户可以参考公桥规2004附录F。 湿度：桥梁所处环境的湿度，在混凝土的收缩变形与徐变计算中需要该信息，从列表框中选择。对公桥规2004，一般填0.8。 环境有强烈腐蚀性：在验算抗裂性时需要该信息；,计算内容,选择本次计算
9、所需要计算的部分。 一般在估算预应力配筋时不计结构的收缩徐变； 结构的非线性仅在特大跨径桥梁分析时使用，通常结构不需计算。,附加信息,指定计算部分内容。包括以下几点： 结构验算单元：在选择“全桥结构安全验算”时，填入需要验算的单元号，不填则默认为全部单元。 组合计算类型：对应于规范的荷载组合类型。不填则默认为全部组合1-9，包括用户自定义组合。 计算活载单元、计算活载节点：选择需要进行活载分析的单元、节点。不填则默认为全部单元。 活载加载步长：进行活载影响线加载时的步长。填0时系统默认为1/50的跨径。步长越小，活载计算越精确，速度越慢。对于某些“没有跨径”的结构（只有一个约束），程序将无法进
10、行加载，必须由用户填入加载步长。,非线性荷载分级数：当计算内容中选择了几何非线性或梁柱非线性时，此窗口被激活。程序按用户输入的分级数将荷载分成n级逐步计算，每次计算都进行刚度矩阵修正，因此级数越高结果越精确，但计算时间越长。,形成刚臂时决定节点位置的单元号： 当多个单元共用一个节点号，且其节点位置不重合时，形成刚臂。此时，程序有一套默认的确定节点位置的规则。 若此规则不能表达结构的实际情况时，用户可以在这里填入单元号，来改变系统的固定算法，系统将根据用户填入的单元来确定节点的位置。,计算细节控制,生成调束信息：对进行“全桥结构安全验算”的预应力构件选择此命令，可使程序在计算时生成调束信息，便于
11、进行调束工作。 调束阶段号：用户填入需要产生调束信息的施工阶段号，不填默认为全部阶段。在选中“生成调束信息”时有效。 生成调索信息：对进行“全桥结构安全验算”的含有拉索单元的结构选择此命令，可使程序在计算时生成调索信息，便于进行调索工作。 桥面为竖直单元：选择此命令，将使桥面单元的左右截面为竖直截面。,极限组合计预应力：在进行结构极限组合计算的时候，预应力的作用是否当作外力计入结构。根据公桥规2004，预应力构件的极限强度是不计预应力的。但对于一些预应力桥梁中的非预应力构件，预应力的作用力却对这些构件的极限组合内力有影响，比如预应力连续刚构的桥墩等构件。 极限组合计二次矩：在按公桥规2004版
12、进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑预应力二次矩。对预应力连续梁以外的其它结构，计算结果将不准确。 极限组合计收缩、徐变：在按公桥规2004版进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑收缩、徐变。,极限组合计温度：在按公桥规2004版进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑温度效应，包括结构升降温和梯度温度。 极限组合计沉降：在按公桥规2004版进行计算的时候被激活，用户指定是否考虑不均匀沉降的影响。 结构重要性系数：在公桥规2004版中，根据结构的重要性确定的内力扩大系数。,规范,用户选择计算适用的规范。由于桥梁博士3.0可以按照多个规范进行验算，在输入单元材料、单元钢筋、预应力材料等信息时，必
13、须使之与适用的规范相对应,输入单元信息,用户可以使用右键菜单或“数据”下拉式菜单，切换到单元输入窗口：,单元的基本信息,节点号和顶缘坐标： (1) 单元左右节点顶缘或中点坐标位置的意义如图所示 (2) 手动逐个输入单元的左右节点号、左右节点坐标，也可以通过快速编辑器，编辑成批的单元信息。,单元的性质,钢筋混凝土：截面由混凝土和普通钢筋组成。按全截面计算结构内力，按开裂截面计算其应力和强度，验算时将验算裂缝宽度； 预应力混凝土：截面由混凝土、普通钢筋和预应力钢筋组成。按全断面计算其应力，按开裂截面验算其极限强度。 组合构件：截面由混凝土和钢材组成。按全断面计算应力。 钢构件：截面只由钢材组成。按
14、全断面计算应力。 拉索：截面只由钢筋或钢材组成。只有当构件需要调整其轴力时，才有必要将其置为拉索单元。拉索单元只提供拉力，而不会产生其它性质的内力。 圬工构件：截面由圬工材料组成。因圬工材料的性质差异很大，程序没有提供默认的圬工材料，需要用户自定义。,全预应力构件：预应力混凝土单元验算是否一定要按全预应力构件验算。如果是，则验算时截面不准出现拉应力；如果否，则先按全预应力验算，不满足则按A类构件验算，仍不满足则按B类构件验算。 现场浇注构件：当单元为混凝土构件时，此项被激活，由用户选择单元的施工方式。在公桥规（2004）中，现浇构件和预制、拼装构件的计算是有区别的。 是否桥面单元：当前单元是否
15、桥面单元。用于确定施工阶段的移动荷载（坐标荷载）作用位置和使用阶段影响线计算时单位荷载作用点位置，以及判断剪力影响线的突变位置。如果计算活载时计入非线性效应则也将据此确定活载的作用位置。简单的说，程序就是据此确定活荷载作用在哪些单元上。,有效长度,对于受压构件，在此输入单元的有效长度lo，用于计算偏心受压构件的偏心距增大系数或轴心受压构件的稳定系数。参见公桥规（2004）第5.3项。,自重系数,在计算单元自重时程序根据单元体积和材料的容重再乘以该自重调整系数，得出计算用的单元自重。 系统默认的材料容重为：混凝土25KN/m3，钢材78.5KN/m3。 用户可以根据混凝土结构的配筋率适当调整此系
16、数。如果单元由 1立方米30#混凝土组成，其自重系数为2，则单元总重25 x 1 x 250 KN。,加载龄期,混凝土在单元第一次受力时（即安装时）已养护的天数。 系统缺省默认值为28。,左端为张拉端,当单元为拉索时此选项被激活。 选中此框则表示拉索的左端为张拉端，否则拉索的右端为张拉端。 如果拉索安装时没有张拉力，则拉索的重量按照等效节点荷载原理施加到拉索的两端； 如果安装时有初张拉力，则自重只等效到非张拉端，而张拉端的索力为初始张拉力。 优化计算和施工计算的拉索初始力都是指张拉端的索力，仅由张拉设备控制，没有重力的效应。在非张拉端则根据张拉端的内力考虑重力对索力的影响后计算得到。所以，对于拉索单元，左端张拉与右端张拉得到的最终索力将是不同的。,截面特征描述,单击左截面或右截面，弹出截面特征描述对话框，如图 410所示，此对话框同时出现在快速编辑器的各项功能中。 如果截面内有钢束穿过，系统在计算时自动根据钢束特征修正截面信息（钢束灌浆前截面特征中扣除孔道的影响，钢束灌浆后钢束的面积将换算到截面特征中）。,重
