第1章 桥梁博士系统的基本介绍
第1章桥梁博士系统的基本介绍（2学时）【主要讲授内容及时间分配】
1.1 系统概况（10分钟）
1.2 系统功能（15分钟）
1.3 系统的基本操作（20分钟）
1.4 系统的基本约定（20分钟）
1.5 系统项目的管理和操作（25分钟）
【重点与难点】
1、重点：
系统的基本操作、系统的基本约定、系统项目的管理和操作。
2、难点：
系统项目的管理和操作。
【教学要求】
1、了解系统概况和功能；
2、掌握系统的基本操作、系统的基本约定、系统项目的管理和操作；【实施方法】
课堂讲授，配合课堂操作演示
第1章桥梁博士系统的基本介绍
第一节系统概况
Dr.Bridge系统是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。系统的编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范，充分利用现代计算机技术，符合设计人员的习惯。对结构的计算充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况。计算更精确；同时在数据输入的容错性方面作了大量的工作，提高了用户的工作效率。
(1) 历史概述
该系统自1995年投向市场以来设计计算了钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁、刚构、连续拱、桁架梁、斜拉桥等多种桥梁。在设计过程中充分发挥了程序实用性强、可操作性好、自动化程度较高等特点，对于提高桥梁设计能力起到了很好的作用。在设计应用过程中，通过实践校核及与其它软件的比较，桥梁博士进行了完善和扩充，进一步得到了稳定。
(2) 改版介绍
按照《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2004和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 JTG D62-2004进行补充修改。
对程序的前处理和后处理部分在原有的基础上做了大的改进，扩充的每个功能块都凝聚着开发组多年来的心血，都是经过认真的总结、研究和精心设计而最终完成的；
新增功能密切与桥梁工程设计实践相结合，借助力学技术和计算机技术全力解决用户在桥梁工程设计过程中碰到的棘手的数据处理问题，使用户能够集中精力解决桥梁结构的合理性问题。
节约数据处理时间、辅助用户设计是本次桥梁博士升级的两大主要特点。
第二节系统功能
一、系统的基本功能
1. 直线桥梁
（1）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。其中非线性的包括内容如下： 结构的几何非线性影响；
结构混凝土的收缩徐变非线性影响
组合构件截面不同材料对收缩徐变的非线性影响；
钢筋混凝土、预应力混凝土中普通钢筋对收缩徐变的非线性影响；
结构在非线性温度场作用下的结构与截面的非线性影响；
受轴力构件的压弯非线性和索构件的垂度引起的非线性影响；
（2）对于带索结构可根据用户要求计算各索的一次施工张拉力或考虑活载后估算拉索的面积和恒载的优化索力；
（3）活载的类型包括公路汽车、挂车、人群、特殊活载、特殊车列、铁路中-活载、高速列车和城市轻轨荷载。
（4）可以按照用户的要求对各种构件和预应力钢束进行承载能力极限状态和正常使用极限状态及施工阶段的配筋计算或应力和强度验算，并根据规范限值判断是否满足规范。
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。
系统考虑了任意方向的结构边界条件，自动进行影响面加载，并考虑了多车道线的活载布置情况，用于计算立交桥梁岔道口等处复杂的活载效应；
最终可根据用户的要求，对结构进行配筋或各种验算。
3. 基础计算
整体基础：进行整体基础的基底应力验算，基础沉降计算及基础稳定性验算；
单桩承载力：计算地面以下各深度处单桩容许承载力。
刚性基础：计算刚性基础的变位及基础底面和侧面土应力。
弹性基础：计算弹性基础（m法）的变形，内力及基底和侧面土应力；对于多排桩基础可分析各桩的受力特征。
4.截面计算
截面特征计算：可以计算任意截面的几何特征，并能同时考虑普通钢筋、预应力钢筋、以及不同材料对几何特征的影响；
荷载组合计算：对本系统定义的各种荷载效应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-VI共9种组合的计算。
截面配筋计算：可以用户提供的混凝土截面描述和荷载描述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的荷载组合计算，并进行6种组合状态的普通钢筋或预应力钢筋的配筋计算；
应力验算：可根据用户提供的任意截面和截面荷载描述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-VI共9种组合的计算，并进行9种组合的应力验算及承载能力极限强度验算；其中强度验算根据截面的受力状态按轴心受压、轴心受拉、上缘受拉偏心受压、下缘受拉偏心受压、上缘受拉偏心受拉、下缘受拉偏心受拉、上缘受拉受弯、下缘受拉受弯8种受力情况分别给出强度验算结果。
5. 横向分布系数计算
能运用杠杆法、刚性横梁法或刚接（铰接）板梁法计算主梁在各种活载作用下的横向分布系数。
6. 输入
※采用标准界面人机交互进行，并配有强大的数据编辑和自动生成工具，使原始数据的输入更加明了和方便；
※输入数据的过程中可同步以图形或文本查看输入数据的信息；
※新加了单元、截面、钢束与CAD的互导模块，使得输入更加方便；
※新增的引用参考线，大大简化了曲线钢束的输入；
※系统对原始数据采用三级检错以帮助用户确保原始数据的可靠性；
7. 输出
系统对计算结果的输出采用详尽的思想，通过分类整理，可以按照用户的要求一次或多次输出，便于用户分析中间数据结果或整理最终数据文档。
输出的方式有图形、表格及可编辑的文本。
配有专门的图形结果后处理系统，便于用户打印出图纸规格化的计算结果图形。
新增的报表输出，用户可自定义输出报告格式模板，各种计算数据、效应图形按用户设定自动输出。
8. 打印与帮助系统
系统输出的各种结果，都可以随时在各种Windows支撑的外围设备上打印输出，并提供打印预览功能，使用户在正式打印之前能够预览打印效果。
Dr.Bridge系统提供了几百个条文的帮助，共计十万余汉字，对桥梁博士系统的各种功能都有相应的帮助系统。桥梁博士系统的帮助系统与Windows帮助系
统严格一致，使用十分方便。
二、系统的特色功能
1. 材料库
材料库根据材料的类型、规范的定义，做了相应的分类，并提供了比较全的材料数据。用户在此基础上可自定义各种规范的材料类型，建立用户材料库，方
便后续项目的应用。
材料在设计运用时可以根据材料库中相应部分内容的调整而变化，从而使内容更全面、使用更方便、更新、更便捷。
2. 自定义截面
可以自己定义一种几何图形以及描述该图形的几何参数。以后，可以在图形输入时使用它，就如系统提供的一样。
对于比较特殊的截面，一经构造，一劳永逸。并且可以交流使用自定义的截面信息，大大的提高了用户的工作效率。
3.自定义报告输出
新增加一种输出方式，通过指定的数据检索信息读取桥梁博士相对应的数据，能够指定到所有的桥博原有输出内容。
以表格的形式输出，可以对数据、格式、图形进行编排和二次加工。
形成固定模式后，可反复使用，可以交换模板，快速的生成计算书
4.与AutoCAD交互
一种新的数据输入输出方式，简洁的输入、节约数据处理时间是本功能的最大特点。
可以把原始数据输出后直接引用，方便数据的交换和修改
5.调束工具
可以在调整钢束的同时，看到预应力混凝土结构由此产生的应力变化的过程。
原来需要反复修改钢束座标、重新计算，并查看效应图的过程大大简化，从而缩短了设计时间。
6. 调索工具
可进一步缩短拉索施工张拉力的确定过程。
与配套调束工具使用，完成斜拉桥的设计计算就不再令人感到棘手了。
脚本的输入输出
提供了一个方便，简单的输入输出方法。
通过脚本可以高效率地修改原始数据，清晰全面地掌握所有的设计数据。
通过脚本，可以方便地进行交流讨论，这是图形界面无法比拟的优点。
第三节系统的基本操作
各窗口都支持鼠标右键菜单，可切换或操作一些特定命令。
1.图形窗口
（1）窗口放大：
按住鼠标左键拖动鼠标可以拉开一个矩形框，系统根据该框的大小按比例放大至窗口有效区域大小；
（2）窗口恢复：
使用ALT+鼠标左键双击可恢复至最近一次放大窗之前的状态；
Ctrl+鼠标左键双击-全图显示
（3）切换图形
鼠标右击，弹出菜单切换图形类型
双击鼠标左键在各图形窗口间切换（右击无菜单时）
（4）图形显示设置
用“F9”键打开“显示信息设置”窗口；
用“F11”、“F12”键打开或关闭单元号、节点号的显示；
（5）图形编辑器其它操作详见附录B相关内容。
2.数据窗口
鼠标右击，弹出菜单切换输入数据类型
第四节系统的基本约定
1.单位约定
系统的基本单位设定见下表：
名称单位
结构坐标与长度 m
力 KN
2. 坐标系
（1）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
截面局部坐标系：系统默认的坐标系，用来确定截面控制点的位置关系。
X：水平向右为正
Y：垂直X轴向上为正
钢束局部坐标系：向结构总体坐标系的映射,钢束局部坐标系在结构总体坐标系中的角度，如果钢束局部坐标系是结构总体坐标系经逆时针转动一个角度而形成，则该角度为正值，反之为负值。
X：钢束局部坐标系原点在结构总体坐标系中的X坐标；
Y：钢束局部坐标系原点在结构总体坐标系中的Y坐标；
（2）空间网格
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、Y、Z轴：由右手螺旋法则决定。
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轴、Z轴方向与总体坐标系相似，满足右手法则
截面局部坐标系：系统默认的坐标系，用来确定截面控制点的位置关系。
X：水平向右为正
Y：垂直X轴向上为正
钢束局部坐标系：向结构总体坐标系的映射,钢束局部坐标系在结构总体坐标系中的角度，如果钢束局部坐标系是结构总体坐标系经逆时针转动一个角度而形
成，则该角度为正值，反之为负值。
X轴、Y轴方向与总体坐标系相似，满足右手法则
Z：钢束局部坐标系原点在结构总体坐标系中的Z坐标；
3.荷载方向
系统约定所有荷载方向与结构总体坐标系一致为正，反之为负。荷载的矢量输入只能输入总体坐标系下的分量。具体如下：
（1）平面杆系
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：依右手螺旋法则，垂直于整体坐标系向外（向用户方向）为正。
（2）空间网格
Px：沿总体坐标系x正方向为正
Py：沿总体坐标系y正方向为正
Pz：沿总体坐标系z正方向为正
Mx：绕沿x轴，满足右手法则，大拇指指向x轴正方向时为正
My：绕沿y轴，满足右手法则，大拇指指向y轴正方向时为正
Mz：绕沿z轴，满足右手法则，大拇指指向z轴正方向时为正
4.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）
弯矩：符合右手法则，与总体坐标系一致为正，反之为负（空间）
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；
5.数据填写便捷格式
（1）（-/）表达式：
格式为A-B/C（A’-B’/C’）
其中A、B、C、A’、B’、C’皆为正整数，C、C’为增量值，缺省为1，
括号内的表达式表示去除的号码，
如1-10/2表示1、3、5、7、9，
如1-10/2（5-7）表示1、3、9，其中5和7已被去除。
（2）（*）表达式：
格式为（n*d…）*m，括号里有多项时，用空格分开
其中d为实数，n表示数字d的重复次数，m表示括号内数字的重复次数。
如，在单元节段划分时，单元的分段长度表达为（2*3.0 4.0 2*5.0）*3，表示3.0，3.0，4.0，5.0，5.0，3.0，3.0，4.0，5.0，5.0，3.0，3.0，4.0，5.0，5.0。
第五节系统项目的管理和操作
一、项目的意义与内容
1.项目组含义
各工程项目，包括基础设计、截面设计和横向分布计算等工具，均可通过项目组管理。
通过使用项目组，可以将不同目录的项目文件集合在一个项目组下面，便于数据的整理；用户可以在同一个界面切换不同的工作项目，操作方便。
一个项目也可以从属于多个项目组，但至少从属于一个既有的项目组。
2.项目含义
结构设计计算输入数据繁多，输出数据量大，为便于用户索引数据和方便系统管理，系统采用项目的概念来管理桥梁结构的分析与计算。
项目包含了结构分析计算所需要的全部信息，如结构分析计算的类型（直线桥梁或斜弯桥梁）；项目的输入方法和工作路径；项目的所有输入数据文件；该
项目的计算进程控制和最新状态信息。
在创建项目时，会自动创建一个以项目文件名的子目录和两个文件，例如，如果项目的名称为C:\DrBridge\test.prj，则系统在C:\DrBridge下创建子目录test。
3.项目内容构成
项目由8个文件和一个以项目命名的子目录组成：
8个文件含义：
项目文件（*.PRJ）：是在打开项目的时候读入的。
状态文件（*.STS）：是自动装载的，用来初始化项目的最后一次关闭时项目的状态。状态文件是一个ASCII字符文件，系统不建议用户自己编辑该文件，否则系统的运行难以预料，可以通过使用项目进程设定命令完成。
输入文件6个：施工信息（*.dbc），单元信息（*.dbe），总体信息（*.dbg），优化信息（*.dbo），钢束信息（*.dbt），使用信息（*.dbu）
子目录含义：存放项目的中间文件，用户定义的其它文件不要放在这个子目录中，以防系统自动删除。
二、项目组操作
1.新建项目组
从主菜单中选择文件>新建项目组；或<快捷键>：[Alt]+F>[Ctrl]+W。
显示名称为“新项目组”，右击项目组显示名称，在菜单中选择“标签重命名”
（如图1-1所示），输入项目组显示名称，单击确定。
图 1-1创建项目组
2.打开项目组
从主菜单中选择文件>打开项目组；或<快捷键>：[Alt]+F>[Ctrl]+G。
将弹出图1-2所示对话框，选择项目组或项目文件，打开。
图 1-2选择项目组文件对话框
项目组文件后缀为pjw。
若打开项目文件（文件后缀为prj），此时将自动生成一同名的项目组文件。
3.关闭项目组
从主菜单选择文件>关闭项目组；或<快捷键>：[Alt]+F>[Ctrl]+L。
如果工程数据经过修改,关闭前会弹出对话框，询问是否保存已作的修改。
在关闭新项目组时，用户还需要指定这个项目组的存储文件名和存储路径。
关闭项目组后，桥梁博士恢复默认的窗口。
4.保存项目组
从主菜单选择文件>保存项目组；或<快捷键>：[Alt]+F>[Ctrl]+F
输入文件名并选择保存目录，然后单击保存。
5.另存项目组
以另外一个文件名保存当前项目组。
从主菜单选择文件>项目组另存为；或<快捷键>：[Alt]+F>[Ctrl]+B。
输入文件名并选择保存目录，然后单击保存。
图 1-3保存项目组文件对话框
6.显隐项目组
从主菜单选择查看>项目组；或单击工具栏按钮“”，切换显示和隐藏项目管理组窗口。
图 1-4项目组窗口
7.项目的快捷操作
选中项目单击鼠标右键，弹出右键菜单，可进行多项快捷操作：
图 1-5项目操作窗口
设为当前项目：将选中项目设为工作项目；
创建项目：创建新的工作项目；
装载项目：导入已经存在的工作项目；
卸出项目：将选中项目卸出项目管理组；如果选中当前工作项目，如数据有改动，系统提示是否保存；
项目：提供“项目”菜单中编辑、复制项目工程等快捷操作；
数据：提供“数据”菜单中输入原始项目数据、输入项目总体信息等快捷操作；
截面设计、横向分布、基础计算：直接进入相应的工具对话窗口。
三、项目操作
1. 界面组成
由4部分组成：左侧为项目管理窗口，上部为数据编辑窗口，下左为图形显示窗，下右为文本显示窗口。
2. 使用特点
一个项目也可以从属于多个项目组，但至少从属于一个既有的项目组。
在建立新项目时，必须首先建立新项目组，或者打开既有的项目组。
为了和低版本兼容，新版本在打开一个项目时，自动为该项目定义了一个同名的项目组。
3. 操作步骤
i. 用户通过“文件”下拉式菜单，选择“新建项目组”或“打开项目组”（如图
1-6所示）；
图 1-6
ii. 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”（如图 1-7），此时弹出如图1错误！文档中没有指定样式
的文字。-8所示的“创建项目”窗口。点击“浏览”来选择存储路径（或键入
存储路径，如果只键入项目名称，则将存放在系统目录下），在下拉条中选择
项目类型。
图 1-7
图1错误！文档中没有指定样式的文字。-8
ⅲ. 创建项目后，程序出现了如图 1-9所示的界面。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，程序均会出现如图 1-9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。
图 1-9
ⅳ.输入计算原始数据：使用“数据”菜单的相应窗口输入命令（或在输入窗口中右击弹出右菜单切换到相应输入窗口），在窗口中输入原始数据。
ⅴ.项目计算：选择“项目”菜单的“执行项目计算”命令，计算时会自动进行数据诊断，只有诊断通过，才能进行进一步的计算。
ⅵ.输出结果：选择“数据”菜单中的相应输出结果菜单命令，在打开输出窗口后可以随意地通过输出控制板来输出关心的数据；也可以使用输出文本等其它数据结果，输出过程在后台进行。
4. 使用注意：
在编辑数据的过程中，应经常存盘保存数据，以免意外而丢失数据，造成不必要的损失。
在项目的建立关闭窗口进行计算前应给予系统适当的时间存盘，因为Windows 平台对文件存储设置了较长的缓冲时间。最好是关闭本窗口，再执行项目计算。
鉴于项目数据的重要性，建立项目的位置宜设在特定的目录中，便于日常的计算
机数据管理。