桥梁博士教程之16m简支空心板桥中板计算

16m简支空心板桥中板计算

本次16m简支空心板桥计算的目的是让同学熟悉《桥梁博士V3.03》软件的基本操作。《桥梁博士》是桥梁专业设计的有限元软件。有限元软件的基本操作可以归结为三大类：前处理（preprocess）、计算（solve）和后处理（postprocess）。

在使用有限元软件之前，我们必须有一些预备知识，例如节点和单元的概念等，这些都在结构力学和有限元等课程中有详细介绍。作为桥梁专业软件，使用《桥梁博士》进行桥梁设计就必须掌握桥梁的相关专业知识，这些都是桥梁工程的主要教学内容。

下面介绍如何使用《桥梁博士》设计一座16m简支空心板桥的中板。下图为16m板桥

一、前处理输入

桥梁博士的前处理包括六大步骤：输入总体信息、输入单元信息、输入钢束信息、输入施工信息、输入使用信息、输入优化信息。

(一)总体信息输入

1.计算类型

计算类别中有四个选项，其中的区别请自行查阅软件的帮助文件，本次计算中直接选用“全桥结构安全验算”。

2.计算内容

计算内容中的6个选项，根据实际需要选取，对于一般的预应力桥梁前4项是最为常用，后两项为非线性计算内容。

3.桥梁环境

这个选项一般情况下不需要做太多修改，但是如果桥梁环境有特殊情况则需要修改。

4.设计规范

设计规范中有交通规范和铁路规范。在这里选择相应的规范，软件就可以自动对规范中一部分的条文和计算公式进行校核。

5.其他信息

其他信息中还有很多相当重要的内容，只是在16m板桥中不需要使用，而在其他的桥梁设计中扮演重要角色。

(二)单元信息输入

单元信息输入中需要输入：节点坐标、单元连接方式、单元类型、截面和材料特征、自重荷载等。

1.节点坐标和单元连接方式

这个方面其实就是将桥梁结构离散化的体现。

如果是一些特定的线形可以用快速编辑器批量输入，本次计算为一直线梁，故可以使用快速编辑器中的直线编辑器。

2.单元类型

单元类型的输入主要在单元性质中完成。

3.截面和材料特征

截面和材料特征的输入在截面描述中输入，分别选择“左截面”和“右截面”输入。截面的几何特征通过“截面几何描述”输入，类型有如下图所示的4种方法。对于特殊截面或者任意截面可以通过在单元信息输入截面中点右键调出快捷菜单选中“从AutoCAD导入截面”输入CAD文件中dxf文件完成，如要注意的是dxf文件中需要用单线和不同的颜色表示不同的区域，单位必须为毫米。在桥梁博士输入是需要选定单元、截面和dxf文件中的图层信息。此外，我们还需要输入材料类型、截面钢筋，在这里需要注意的是选择的材料必须与总体信息输入的规范信息相吻合。

4.自重荷载的调整

自重荷载在默认输入中为1即为25kN/m3，实际计算中我们一般使用26kN/m3，所以需要对自重荷载进行相应调整。调整的方法为点击“快速编辑器”中“单元”，填好需要修改的单元号，选中“就该自重提高系数”输入1.04，点击“确认”。

5.其他选项

本文中没有介绍其他选项，其中有很多技巧和需要注意的地方请自行参考帮助文件。

(三)钢束信息输入

输入钢束信息主要是输入结构的预应力钢筋，其中包括钢束的材料信息、截面信息、施工方法信息、几何信息以及其他信息。

1.材料信息

材料信息主要是输入材料类型在钢束钢质里输入，同时需要注意选择的预应力钢筋须与总体信息中的规范向对应。

2.截面信息

对于预应力钢筋的截面信息从有限元的角度来看需要明确的是截面面积。从桥梁博士中我们是通过钢束编束根数和钢束束数来确定的。

3.施工方法信息

施工方法信息中需要输入“钢束锚固时弹性回缩合计中变形”、“张拉控制应力”、“超张拉系数”、“成孔方式”、“成孔面积”和“张拉方式”。这些参数的输入必须同钢筋的类型和施工的方法相关。

4.几何信息

几何信息是指钢束在结构的布置，包括竖弯、平弯和参考点及倾斜角。在钢束的几何信息输入中，需要明确的是总体坐标系和钢束坐标系的关系，即钢束坐标系的原点在总体坐标系的坐标为参考点的坐标，钢束坐标系与总体坐标系的夹角为倾斜角度。

5.其他信息

其他信息除了有“其他信息”的输入框还有界面中其他的输入选项。通过这些可以指定预应力作用在哪些单元和不作用在哪些单元。还有钢束的参考线采用何种曲线。具体的运用参见帮助文件。

在本设计中采用的钢束信息在施工图中有着详细的描述：

在桥梁博士中以N2钢筋为例输入如下：

(四)施工信息输入

施工信息的输入是指在有限元中模拟结构形成的过程，通过单元的逐步安装或者拆卸完成结构的施工过程的模拟。特别是大跨度和复杂结构的桥梁，在施工过程中有着多次的体系转变，这意味着，结构在施工过程中受力大小和受力形式有着巨大的变化。此外，桥梁的施工过程对桥梁成桥状态的确定有着至关重要的影响。由于超静定和混凝土的收缩、徐变等因素，成桥状态的内力分布和线形也取决与施工状态。

本桥施工简单，采用预制成形、放置形成强度后吊装，然后施工桥面附属设置。所以在有限元模拟中可以采用一次施工完毕的模拟方法，分为3个施工阶段：

第一施工阶段：预制、放置形成强度后吊装。施工天数为28天。在这个施工阶段中需要安装全部单元、张拉全部预应力钢筋、施加约束条件模拟吊装后的状态。

约束条件为简支梁的约束条件，考虑到支座的实际位置，针对相应的节点施加约束。

第二施工阶段：施工桥面附属设置。施工天数为10天。在这个施工阶段中需要添加永久荷载，例如桥面铺装、人行道板、栏杆等。本次计算的是中梁，所以仅有桥面铺装荷载，其荷载集度为5.25kN/m。点击“永久荷载”输入如下图所示：

第三施工阶段：收缩、徐变阶段。施工天数为3650天。但是没有任何施工动作。这个施工阶段也可以在使用信息中输入，但是根据该程序的开发人员介绍，推荐在施工阶段完成收缩、徐变的信息输入工作。

(五)使用信息输入

使用信息输入是指在桥梁运营阶段中，桥梁受的其他可变荷载，例如风荷载、车辆荷载、人群荷载、温度荷载等等。

本桥中的中板所受的荷载有温度荷载（包括体系温度荷载和桥面板温度梯度荷载）、车辆荷载。

体系温度为升温荷载和降温荷载

点击“活荷载描述”，在输入对话框中输入公路-I级、不计挂车荷载、忽略人行荷载、输入横向分布系数（这里偏安全的输入0.5）并自定义冲击系数（冲击系数的确定根据新规范中的条文说明计算确定）。

(六)优化信息输入

在本次计算中没有优化信息的输入，如果需要参见帮助文件。

二、计算求解

计算选项一共有4个：分别为输入数据诊断、执行项目计算、重新执行项目和停止项目计算。依次执行输入数据诊断、执行项目计算即可。

三、后处理阶段

后处理阶段的主要目的是分析计算结果、提取有用信息、验算相关公式。桥梁博士后处理有多种方式。主要有4中查看手段，如下图所示：

本文主要采用第二中手段，以出图方式查看结果。

选择计算文件中的prj文件。

查看相应项目即可。