桥博计算原理Word下载.docx

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对于汽车荷载采用汽车+人群与满布人群比较取其中最不利者

6. 

对于挂车荷载采用挂车与特载比较取其中最不利者

7. 

对于温度荷载的组合原则如下:

整体升温和整体降温作为其它可变荷载，如果对总效应有贡献则取其大者。

在施工阶段作为施工活载参与

组合。

非线性温度荷载也作为其它可变荷载，对总效应有贡献则计入其影响，六组非线性温度场中取最不利者

计入组合效应。

即最终温度荷载最不利效应是由整体温变和非线性温度场迭加而得到的。

8. 

对于其它荷载 

1、2、3（施工阶段为施工活载 

1、2、3）的组合原则如下:

其它荷载 

1 

如果对总效应有贡献则计入其影响

2 

与 

3 

如果对总效应有贡献则计入两者中的大者

9. 

凡同种荷载类型中组号不同者,则取最不利者计入。

（三）截面配筋计算：

配筋计算仅对钢筋混凝土截面和预应力混凝土截面有效。

对钢筋混凝土截面的配筋除受弯构件的配筋考虑正常使用阶段的抗裂性要求外，其它的配筋计算均按承载能

力极限状态强度计算。

按强度配筋时对于轴压或偏压构件将根据用户提供的构件计算长度自动计入偏心距增大

系数。

对预应力混凝土截面的配筋分别考虑承载能力极限状态的强度要求和正常使用阶段的应力要求进行。

1

根据外荷载效应的特征截面受力形式可分为:

轴心受压、轴心受拉、上缘受拉偏心受拉、下缘受拉偏心受拉、

上缘受拉偏心受压、下缘受拉偏心受压、上缘受拉受弯以及下缘受拉受弯共 

8 

种构件受力类型分别给出截面上

缘配筋面积和下缘配筋面积。

圆形截面的配筋是按照环形配筋计算的，总配筋面积=上缘配筋面积+下缘配筋面

积；

根据组合特征对截面进行最大轴力、最小轴力、最大弯据和最小弯矩四种内力组合情况分别给出配筋面积并

取其中的大者作为系统建议的配筋面积。

6．预应力构件的配筋计算中，对于超静定结构存在预应力二次矩，所以估算的配筋面积尚需通过布筋后进行多

次结构试算得到。

（四）截面验算计算：

只对钢筋混凝土截面和预应力混凝土截面进行承载能力极限状态的强度验算。

强度验算的依据完全按照公路

桥涵设计规范。

在轴压和偏压构件强度计算时根据用户提供的构件计算长度自动计入偏心距增大系数。

对钢筋混凝土截面的正常使用极限状态的验算只考虑正常使用阶段的抗裂性验算，在施工阶段的验算分别验

算截面混凝土和普通钢筋的法向应力，计算中不计受拉区混凝土的作用。

其它截面的应力验算完全按照弹性截面计算应力并给出应力验算的结果。

在钢筋混凝土和预应力混凝土截面的强度验算仍根据外荷载效应的特征按轴心受压、轴心受拉、上缘受拉偏

心受拉、下缘受拉偏心受拉、上缘受拉偏心受压、下缘受拉偏心受压、上缘受拉受弯以及下缘受拉受弯共 

种

构件受力类型分别给出截面强度验算结果。

根据组合特征对截面进行最大轴力、最小轴力、最大弯矩和最小弯矩四种内力组合情况分别给出验算结果。

6．圆形截面验算时输入的配筋信息是按照环形输入的，参见截面设计文档说明中的数据输入方法解释。

第三节预应力钢筋（束）应力损失计算原理

▲ 

摩阻损失 

σs1:

根据张拉的有效区域取得摩阻损失量值,计算同规范的计算方法；

▲锚具回缩等损失 

σs2:

考虑反向摩阻的影响,特别是对超张拉的钢束其超张拉的数值系统自动计算其伸长量

并以锚具回缩等变形的损失计算方法计算其松张的应力重分布；

σs3:

目前该项损失为零，在计算先张法预应力构件时，可在张拉控制应力中预先扣除此项损失；

弹性压缩损失 

σs4:

包括后张钢束对该钢束的弹性压缩损失以及结构的外载增量引起的弹性压缩损失,根据

用户的要求考虑或不考虑同一阶段分批张拉预应力钢束的弹性压缩损失,考虑的方法是每张拉一根钢束进行一次

结构响应计算,根据应变状态计算各其它钢束的弹性压缩损失，即考虑张拉钢束的二次矩影响；

松驰损失 

σs5:

根据张拉两天后松驰 

50%及 

40 

天后松驰 

100%插值计算其总松驰量并换算各阶段的松驰增量,

计算其松驰损失增量；

收缩徐变损失 

σs6:

只有在结构计算其收缩徐变响应时才根据收缩徐变的位移计算其应变增量,根据收缩徐

变应变增量来准确计算收缩徐变损失的增量,如果结构不计算收缩徐变响应,则该项损失为零；

第四节混凝土结构的收缩徐变的计算原理

系统对混凝土的收缩徐变的计算统一按照初应变理论采用增量理论计算的,徐变系数的计算采用交通部的

桥涵规范提供的计算公式和图表精确计算：

ϕ（t,τ） 

= 

βa 

（τ） 

+ 

0.4βd 

（t 

- 

τ） 

ϕ 

f 

（τ）[β 

） 

β 

（τ）]

上式所用到的各种单元特征系数系统都自动从单元中计算得到,其它系数全部按照桥规给出的图表拟合而成,该

计算公式得到的徐变系数终值一般比规范中给出的"

不要求十分精确计算时"

的徐变终值系数要大一些。

使用阶

段的收缩徐变计算时间由用户根据实际情况确定，一般定为 

年。

系统能够计算组合构件的收缩徐变效应, 

也能考虑普通钢筋的影响, 

并给出普通钢筋的应力增量。

注：

系统的时间坐标是从零开始的, 

根据各施工阶段的施工周期建立整个施工阶段的时间坐标, 

单元的各时刻

的龄期是根据用户在定义单元时输入的单元加载龄期考虑施工时间后得到的。

用户输入的单元加载龄期是指在

该单元第一次受力之前单元混凝土已被养护的天数, 

与施工时间坐标无关。

系统中与徐变系数计算有关的输入参数为：

a） 

环境的相对湿度：

在总体信息中输入；

b） 

单元的初载龄期：

在单元信息中输入；

2

c） 

单元截面与大气接触的周边长度：

图形和坐标输入时系统自动计算，节线和特殊输入需要特别输入，节线

输入时如果周边长度输入为 

0 

或 

时，系统将自动取用外周边长度，详细参见截面输入说明；

d） 

收缩徐变计算时间：

施工阶段根据各施工阶段的施工周期建立时间坐标，使用阶段由用户指定，一般取三

年

如果系统的收缩徐变计算不正常，则应仔细检查上述参数的输入是否正确。

第五节非线性温度场计算原理

系统对非线性温度场的计算基础仍然是初应变理论, 

温度场的选取采用开放式的输入方法, 

由用户确定温

度场的信息, 

系统首先计算非线性温度场引起的结构截面初应变, 

进而得到初应力, 

即:

温度自应力, 

再采用变

形协调理论计算其温度次内力和次应力。

由于系统在荷载组合时将非线性温度场的结构效应与整体升温或整体降温叠加计算的, 

因而在确定截面温

度分布时应考虑到已经输入的整体升温或降温的情况, 

建议非线性温度场的基准温度取用零度, 

整体的升温或

降温另外输入,以便于修改结构的整体温度变化。

第六节直线桥梁设计计算原理

（一）结构力学原理：

直线桥梁结构计算采用常规的位移法进行，即先形成单元刚度矩阵，经坐标转换后形成总刚度矩阵，形成

荷载右端项，求解结构位移列阵，据此得到节点位移、单元内力以及支承反力。

在此基础上考虑施工阶段，采

用增量理论，逐步推进，逐步累计，获得最终结构效应。

对于结构总刚度矩阵的处理，系统中有几种特殊情况，其一是边界条件的处理，对于刚性支承，系统采用

冲零置一法，如果有强迫位移，则在处理总刚之前将强迫位移引起的右端项形成，然后处理总刚，结构计算结

束后再迭加其预处理结果；

对于弹性边界，则将弹性系数迭加到相应的总刚位置上；

如果结构中存在主从约束

关系，则在形成总刚时将对应从约束刚度迭加到主约束位置上。

结构的弹性边界一般用来模拟基础的非刚性支承或子结构节点出口刚度，对于非线性支承边界，可通过多

次弹性系数的模拟，最终得到较为准确的结果；

如果是空间构件可分多次带弹性边界的平面计算来得到较准确

的结果。

例如对于系杆拱的横梁计算，可先计算系梁在横梁接头处的弹性系数，再以弹性边界条件作用于横梁

上，依此计算横梁的真实内力。

结构的主从约束关系主要用于处理结构的各种位移不连续情况，即结构中的各种铰节点，其中有单向铰、

双向铰等，使用的方法是在铰节点处设置多于一个的节点号，节点号之间用主从关系描述，如果三个方向都有

主从关系则等价于节点处固结，即所有位移在此都连续；

结构的节点坐标，系统是根据各节点单元通过的情况确定的，对于节点不重合的情况下，系统自动形成刚

臂，用户无需输入刚臂，仅在单元的节点坐标输入时应输入关心位置的坐标，详见刚臂计算原理。

挂篮的模拟采用子结构理论，将挂篮结构作为结构的一部分，共同受力，但坐标和联结位置不断变化，其

计算原理参见挂篮计算原理部分。

直线桥设计计算中的钢束处理、收缩徐变计算原理、非线性计算原理（几何非线性、梁柱非线性和拉索垂

度非线性）分别参照相应的计算原理说明，这里不再重复说明。

（二）施工阶段计算原理

数据准备，首先安装与拆除单元、调整边界条件和内部约束条件、处理挂篮子结构形成新的结构计算模型。

对于计算模型中的节点坐标的形成以及各单元在本阶段的刚臂信息的形成参见结构刚臂计算原理；

计算边界条件的变化对结构的效应,系统假定增加的支承没有初始力。

对于拆除的支承条件将根据上阶段末

该支承的累计反力反向施加于结构上来计算结构的效应；

计算主从约束关系的变化对结构的效应,假定增加的主从约束没有初始力。

对于拆除的主从约束条件仍根据

上阶段该约束的累计内力反向施加于结构上, 

计算结构的效应；

计算拆除杆件对结构的效应,对于拆除的杆件根据上阶段该杆件的累计单元内力,将其反号施加于结构上,

计算外部荷载效应, 

根据用户提供的施工阶段的永久荷载信息和移动荷载信息, 

计算其对结构的效应；

计算前一阶段临时荷载在本阶段去除后对结构的效应；

3

计算挂篮的操作对结构的效应；

调整单向支承边界；

记录结构在本阶段此时的永久荷载响应；

计算本阶段临时荷载的效应；

如果是带索结构，则调整索力，同时调整单向支承，使结构计算至此时,拉索的累计张力为用户在本阶段设定

的索力。

永久荷载效应以后的结构效应计入到临时荷载中。

如果计算预应力:

计算本阶段的永久荷载和临时荷载效应对本阶段之前的工作钢束的弹性压缩损失（如果钢束未灌浆），计

算本阶段张拉的钢束扣除其有关前期损失后对结构的效应和对其它钢束的弹性压缩损失影响；

计算本阶段拆除的钢束对结构的效应及其对其它工作钢束的弹性压缩损失，最终计算出所有工作钢束由于

弹性压缩应力损失后对结构的影响，调整单向支承，并记录预应力的结构效应。

如果计算收缩效应, 

则计算结构的收缩效应，并调整单向支承，记录收缩效应；

如果计算徐变效应, 

则计算结构的徐变效应，并调整单向支承，记录徐变效应；

计算预应力钢束由于本阶段收缩徐变所产生的应力损失和钢束松驰应力损失后对结构的影响，调整单向支承，

并累加到预应力对结构的效应上；

记录本阶段累计的结构效应；

如果有升温温差则计算均匀升温对结构的影响,并记录其结构效应；

如果有降温温差则计算均匀降温对结构的影响,并记录其结构效应；

如果有施工活载一, 

则计算施工活载一的结构响应,并记录其结构效应；

如果有施工活载二, 

则计算施工活载二的结构响应,并记录其结构效应；

如果有施工活载三, 

则计算施工活载三的结构响应,并记录其结构效应；

如果需要荷载组合则进行施工阶段荷载组合计算；

如果进行结构验算则进行施工阶段的截面应力验算；

所有计算结束后, 

通知控制系统该阶段计算完毕。

注:

施工阶段的移动荷载, 

系统是作为永久荷载计算的,主要是解决以坐标输入最方便的永久荷载,例如主梁的

横梁自重等。

对于所有的计算内容,如果您没有提供信息或您在控制信息中确定不要计算,系统则自动不进行该内容计算；

（三）使用阶段计算原理

系统使用阶段计算是采用最后一个施工阶段的结构计算模型, 

其计算过程如下:

数据准备

整理施工阶段的计算结果, 

将最终施工阶段的总内力, 

作为结构重力（可能包括施工阶段的收缩徐变和预应

力效应）存入数据库, 

同时记录预应力引起的结构内力, 

以便在验算截面的极限强度时将其扣除；

将所有

单向支承转化为双向支承。

计算用户输入的各种类型外力静荷载的结构效应,并记录其结构效应；

计算结构在使用阶段的收缩效应,并记录其结构效应；

计算结构在使用阶段的徐变效应,并记录其结构效应；

计算预应力钢筋（束）在运营期间发生的收缩徐变及钢筋松驰预应力损失及其结构效应,并记录其结构效应；

计算使用阶段的升温温差效应,并记录其结构效应；

计算使用阶段的降温温差效应,并记录其结构效应；

计算使用阶段非线性温度场的结构效应,并记录其结构效应；

计算使用阶段强迫位移的结构效应,并记录其结构效应；

如果要计算活载效应, 

则计算结构的影响线；

计算结构的活载结构效应；

整理使用阶段的结构效应计算结果, 

存入数据库；

进行荷载组合；

如果估算配筋，则计算截面上下缘配置的钢筋面积；

4

如果结构验算，则进行应力与强度的验算；

通知控制系统使用阶段计算结束；

对于所有的计算内容, 

如果没有提供信息或您在控制信息中确定不要计算, 

系统则自动不进行该内容的计算。

对于非线性温度场的计算,在不计算截面应力时系统只给出结构的二次内力,如果进行应力计算,则输出的该项荷

载应力为截面的温度自应力和结构内力重分布后的截面弹性应力（温度次应力）之和。

（四）优化阶段计算原理

桥梁博士系统的恒载索力优化采用的是以整个结构的弯曲能量最小为目标的；

具体的计算方法是将各工作单元的面积充大数而将结构按一次落架求得拉索的索力,此索力即作为恒载的最优

索力。

优化阶段计算是采用使用阶段的结构计算模型, 

如果在总体信息中选择计算类型为优化计算拉索面积, 

则系统的计算过程如下:

以整个结构的弯曲能量最小为目标求得拉索的最优索力。

以优化索力增加 

30%的效应模拟活载效应估算拉索的面积, 

拉索的应力控制按其材料的破断应力的 

30%控

制的。

如果您要求计算活载, 

则将估算的拉索面积赋给结构, 

恢复各单元的原来特征, 

调用使用阶段的活载计

算模块计算结构的活载效应, 

再以优化索力+活载效应估算拉索的面积。

通知控制系统, 

优化阶段计算完毕。

在此计算后, 

系统为您提供的数据有:

5.1:

恒载优化计算的结构内力位移结果（包括拉索的优化索力）

5.2:

活载引起的最大与最小索力

5.3:

拉索的索力包络图

5.4:

拉索的估算面积图

如果在总体信息中选择计算类型不是优化计算拉索面积，并且是带索结构，则系统的计算过程如下:

根据在优化阶段输入数据中指定的拉索张拉力来源，计算整理各拉索的施工张拉力。

如果拉索张拉力来源为按施工阶段设定的索力，则系统仅按用户在各施工阶段输入的索力进行调索，

直至拉索索力正好等于用户指定的索力。

如果拉索张拉力来源为以系统优化的最优索力为目标迭代计算拉索张拉力，则系统首先按照用户设定

的优化方法，计算各拉索的恒载最优索力，再以此索力为目标，迭代求解各拉索最后一次调索应该调整的

索力数值，然后将该索力传递给计算系统，进行正常的配筋或结构验算。

其结果是，按照用户设定的施工

方法和拉索索力的调整过程，以系统计算的施工张拉力进行施工计算，最终累计的拉索索力正好等于系统

优化的恒载最优索力。

如果拉索张拉力来源为以用户设定的目标索力为目标迭代计算拉索张拉力，与上唯一不同的是目标索

力是由用户指定的。

如果拉索施工张拉力需要系统迭代计算，并且拉索是进行多次索力调整，则系统迭代计算的拉索

施工张拉力为最后一次的调整值；

因而，各拉索在最后一次的索力调整信息需要用户输入，但其具体数值

没有意义。

例如，如果 

5 

号索的最后一次调整索力是在第 

100 

阶段，则应在第 

施工阶段中的索力调整

对话框中输入 

号，索力调整到-1KN，其数值无意义，仅表示该阶段 

号索需要调索，具体调整到多少索

力值，由系统根据目标自动迭代计算。

将拉索的施工张拉力传递给施工阶段计算模块。

优化阶段计算完毕

系统提供的数据有:

4.1:

如果需要优化，提供恒载优化计算的结构内力位移结果（包括拉索的优化索力）

4.2:

拉索在最后一次调索阶段的施工张拉力；

5

在优化计算过程中, 

优化荷载的取用是根据用户在优化阶段输入的优化方法和参与优化计算的荷载信息

以及计入或不计入自重和二期恒载的信息来计算的, 

如果您输入的信息不合理, 

优化计算不能保证计算结果的

正确性，考虑到索力优化的特殊性，系统的优化荷载完全依赖用户的输入。

（五）活载计算原理

结构的活载计算原则如下:

汽车荷载:

汽车的冲击系数是系统自动根据跨径计算的，也可以用户自己设定。

汽车荷载纵横向折减系数应

在横向分布系数中反映。

挂车荷载:

挂车荷载的计算只将输入的挂车横向分布调整系数计入到影响线中供活载计算模块使用。

人行荷载:

根据您输入的人行道宽度和人群荷载集度以及您输入的人行荷载横向分布调整系数, 

调整影响线

数值供活载计算模块计算使用。

满布人群荷载:

根据您输入的满人总宽度以及人群集度和满布人行的横向分布调整系数, 

调整影响线数值供

活载计算模块计算使用。

特殊荷载：

为一种用户自定义的验算荷载,特殊荷载的计算只将您输入的特载横向分布调整系数计入到影响

线中供活载计算模块使用。

特殊车列：

为一种用户自定义的汽车车列，只将特殊车列横向分布系数计入到影响线中供加载使用。

中-活载：

铁路标准活载，只将中-活载横向分布系数计入到影响线中供加载使用（如果选择高速列车，则采

用高速列车荷载进行计算）。

轻轨：

地铁荷载，只将轻轨横向分布系数计入到影响线中供加载使用。

注 

1:

系统在荷载组合时将汽车+冲击力+人群的效应与满布人群的效应相比较取其大者;

将挂车荷载效应与特

殊荷载效应相比较取其大者;

在截面配筋或截面验算时分别取用相应的规范限值。

2:

如果用户在总体控制信息中选择了考虑梁-柱非线性或考虑几何非线性的一种或两种,对于汽车和人群的

计算则全部考虑结构的几何非线性影响来迭代计算其结构效应,迭代计算的过程是采用拖动坐标,同时考虑梁-

柱效应和拉索的垂度引起的非线性,结构各单元的初始内力是施工阶段结束时的结构总内力。

对于挂车和特殊

荷载的计算未计入非线性的影响。

如果您选择了几何非线性而没有选择梁-柱非线性,则系统忽略梁-柱非线性

。

对于拉索的垂度引起的非线性系统自动计入。

（六）结构几何、梁-柱和拉索垂度非线性计算原理：

在结构进行下次计算之前, 

修正节点的坐标值, 

重新计算单元的刚度矩阵, 

使结构的平衡位置建立在新的节

点位置上。

根据单元的初始内力得到单元考虑梁-柱效应的刚度矩阵（几何刚度矩阵）。

结构的拉索垂度引起的非线性影响, 

系统是自动完成的。

系统的几何非线性和梁柱非线性计算实施方法是根据用户在总体信息输入中指定的荷载分级数来确定的。

如果荷载分级数为 

0，则采用迭代计算完成，这在理论上讲精度最高，但速度慢并且容易出现发散情况。

如果荷载分级数不为 

0，则按照用户指定的分级数进行有限次增量计算，例如，如果输入为 

1，其结果为：

i）在下一个计算阶段计算前, 

修正节点的坐标及单元的几何刚度矩阵。

如果结构是一次落架完成的,

是否计算非线性的影响,取决于总体信息中结构的初始内力描述；

ii）活荷载的计算将不考虑非线性的影响。

如果大于 

1，则施工阶段和活荷载的计算都将考虑非线性的影响。

（七）结构单元刚臂形成原理

系统在直线桥梁设计计算时节点坐标以及相关单元的刚臂形成原则如下:

1.如果该节点处通过的单元有水平单元,则系统将根据所有水平单元在该节点的截面中性轴坐标的平均值作

为该节点的坐标,所有通过该节点的单元在此处的刚臂为各单元此节点的截面中性轴坐标与该节点坐标的差值；

2.如果该节点处通过的单元没有水平单元,则按如下原则:

2-1:

如果有竖向单元,则按所有竖向单元在该节点的截面中性轴坐标的平均值作为该节点的坐标,所有

通过该节点的单元在此处的刚臂为各单元此节点的截面中性轴坐标与该节点坐标的差值;

6

2-2:

如果没有竖向单元,则按所有通过该节点单元在该节点的截面中性轴坐标的平均值作为该节点的坐

标,所有通过该节点的单元在此处的刚臂为各单元此节点的截面中性轴坐标与该节点坐标的差值;

3．如果平均值确定节点坐标不符合受力情况，则采用人为输入决定节点坐标位置的单元号（在总体信息输

入中设定）；

图 

11-6-1 

示出了系统刚臂形成的原理。

7

4 

8

A

B

C

D

几何模型

O

计算模型

11-6-1刚臂形成示意

如图 

所示，6、7、8 

为三个单元交与一点，节点号都为 

4，但各自单元在该点的坐标不同，现说明

系统刚臂的形成过程，假定三个单元的截面形式都为矩形，即各自的中性轴都在截面的中点处（仅为绘图方便

），几何模型中 

A 

点为 

6 

号单元节点 

处的中性轴位置，C 

为 

处的中性轴位置，D 

7 

号单元节

点 

处的中性轴位置，B 

C 

的平均值位置（仅指 

Y 

坐标，其 

X 

坐标三点相同），则：

i.如果在总体信息输入中不指定决定节点位置的单元号：

由于 

6、8 

号单元都为水平单元，所以系统认为

节点 

的 

坐标位置为几何模型中的 

B 

点（由 

单元