[2017年整理]桥梁博士第四章 设计计算工具

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1、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，

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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。

10、 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“

11、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

12、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、

13、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

14、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

15、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

16、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：