橋梁工程設計實例及智能建模分析 課件 第2章 橋梁智能設計軟件及建模簡介

橋梁工程設計實例及智能建模分析（第1版）

橋梁工程設計教學導論橋梁智能設計軟件及建模簡介鋼筋混泥土空心板橋結構設計鋼筋混凝土簡支T梁橋結構設計第一章第二章第三章第四章橋梁工程設計實例及智能建模分析第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介第一章橋梁工程設計教學導論預應力混凝土簡支T梁橋設計預應力混凝土簡支箱梁橋設計預應力混凝土簡支T梁橋智能設計第六章第七章第八章第五章預應力混凝土空心板橋結構設計第九章預應力混凝土簡支箱梁橋智能設計橋梁工程設計實例及智能建模分析斜拉橋智能設計懸索橋智能設計第十一章第十二章第十章鋼管混凝土拱橋智能設計橋梁工程設計實例及智能建模分析

第2章

橋梁智能設計軟件及建模簡介

2.1橋梁智能設計軟件簡介2.1.1國內外橋梁結構分析軟件發展概況

1)國外發展概況

結構分析軟件是伴隨著計算機和算法語言的誕生而發展起來的。國外最早開發的結構分析軟件是基于結構力學的矩陣位移法,只適用于等截面桿件的結構。1941年,Hrenikoff使用“框架變形功方法”求解了一個彈性問題。1943年,Courant發表了一篇使用三角形區域的多項式函數來求解扭轉問題的論文,這些工作開創了有限元分析的先河。1956年,美國波音公司的Turner、Clough、Martin和Topp在分析飛機結構時系統研究了離散桿、梁、三角形的單元剛度表達式,并將剛架位移法推廣應用于彈性力學平面問題,第一次給出了用三角形單元求平面應力問題的正確解答。1960年,Clough在處理平面彈性問題時,第一次提出并使用了“有限單元法(FiniteElementMethod)”這一名稱,有限單元法由此誕生。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

1963—1964年,Besseling、Melosh和Jones等人研究了有限單元法的數學原理,證明了有限元是基本變分原理的里茲(Ritz)法的另一種形式,從而使里茲法分析所有理論基礎都適用于有限單元法,并確認有限單元法是處理復雜工程問題的一種普通方法。現已證明,采用矩陣位移法編制的桿系程序,實際上是有限單元法中的一個特例。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

經過幾十年持續不斷的研發,國外結構分析軟件已較為成熟,商業化程度高、知名的橋梁專用軟件有TDVRM2006、Larsa、Sofistik、Lusas、Strap、Midas等。此外,一些通用商業軟件,如ANSYS、ABAQUS、ADINA、MSC/NASTRAN、MSC/MARC、SAP2000、ALGOR、PRO/MECHANICS、IDEAS等的土木工程模塊在橋梁結構分析中也被廣泛應用。這些國外軟件單元種類豐富,計算功能強大,能夠開展結構的靜力分析、動力分析、穩定分析、線性與非線性分析、結構或構件的細部分析和優化分析等。美國CSI公司開發的SAP2000程序,采用基于對象的非線性有限元技術,不僅可以模擬能量耗散裝置、逐步倒塌過程、材料非線性行為等一系列結構特性和行為,而且可以分析順序施工效應、Pushover分析、混凝土徐變與收縮抗震性能、沖擊荷載響應、多基激勵作用、基礎隔振與阻尼器效能、大位移變形特征、土壤-結構相互作用、頻域動力特性等工程場景與效應。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

自2000年美國CSI與中國建筑科學研究院合作,加入了中國相關規范,推出了中文版的SAP2000。韓國MidasIT公司結合中國橋梁相關標準規范,開發了中文版橋梁結構分析軟件Midas/Civil,其內核都是SAP2000。

國外這些橋梁結構分析軟件在對橋梁工程的理解和針對工程特點的計算方法上,以及對國內設計規范的把握和專業知識的積累方面不如國內自主研發的專業軟件。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2)國內發展概況

我國橋梁結構分析軟件的研發起步較晚。20世紀50年代至70年代末,我國不僅計算機數量稀少,而且算法語言單一,開發的一些分析軟件僅限于高等院校和科研院所使用,尚未上升到專業計算程序的研制。20世紀80年代初,為適應預應力技術的發展和大跨徑橋梁的建設需要,在“六五”和“七五”期間,交通部聯合國內橋梁結構電算專家開展技術攻關,開發了公路橋梁綜合程序(GQZJ)。該程序采用平面桿系單元,不僅能計算混凝土徐變、收縮和預應力,而且能應用動態規劃法編制汽車、掛車等活載內力計算模塊,并運用于廣東洛溪大橋、湖北沙洋大橋、包頭黃河大橋等多座預應力混凝土連續梁橋和連續剛構橋中。然而,受到計算機軟、硬件條件的限制,源程序不能長期寄存在計算機內,要從穿孔卡片將程序導入計算機并從穿孔紙袋讀取輸入數據,計算結果只能打印到紙上,效率低下。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

20世紀80年代后期,隨著計算機技術和算法語言Fortran程序的出現,有些設計院將GQZJ移植到不同類型的計算機上運行,并用Fortran語言重新編寫源程序,后被國內眾多設計院所采用,對推動國內大跨徑橋梁的設計起到了重要作用,但單元與節點編號、節點坐標、預應力鋼筋編號和幾何坐標須由人工處理和輸入,計算結果數據也必須由人工整理,可視化程度差,輸入、輸出數據易出錯。20世紀90年代,隨著個人計算機(PC)的出現和硬件性能的提高,GQZJ開始向PC上移植,并將圖形可視化功能引入到程序的前后處理中。這個時期是我國橋梁專業軟件發展的高峰時期,眾多專業人員從事橋梁專業軟件開發,比較典型的專業軟件有GQJS、BRCAD、BSAS、橋梁博士(Dr.Bridge)等。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

除平面桿系程度外,還針對立交匝道彎橋、獨柱支撐結構、現澆彎箱梁橋等,開發了多種曲線橋設計計算專業軟件,其計算核心多為空間梁格系方法。較為典型的軟件有李方廣華曲線橋梁計算程序、彎斜坡異形橋梁空間結構分析軟件系統(3D-BSA)(由廣東省公路勘察規劃設計院開發)和慧加結構分析與設計軟件(WISEPLUS)等。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

目前,國內開發的橋梁結構分析軟件現階段已實現橋梁設計階段的內力計算功能,充分考慮施工過程及非線性等因素,并廣泛用于橋梁設計驗證、施工控制、試驗檢測和病害分析等場景,正朝著空間梁格、板殼、實體單元仿真建模和非線性動力特性等方面拓展,并強化了計算數據和繪圖軟件的接口集成,形成了分析-設計-繪圖-文檔全流程一體化解決方案。另外,通過虛擬現實技術融合,國內相關軟件已應用于橋梁方案比選、虛擬設計、項目管理及事故模擬分析等領域。

鑒于目前在橋梁設計或研究院所使用較多的是Midas/Civil和橋梁博士軟件,本書后面章節中主要結合這兩個智能計算軟件進行橋梁工程智能設計和分析。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2.1.2

Midas/Civil橋梁智能設計軟件簡介Midas/Civil是MidasFamilyProgram系列產品之一。該軟件從1996年開始研發,于2001年11月首次發布,目前最新版本為2024年重磅推出的橋梁產品MidasCivilNX。作為橋梁領域通用結構分析及設計軟件,其采用全新一代的用戶界面,使用尖端的計算機顯示技術,在圖標顯示和布局、快速檢索、模型查看與檢查等方面,賦予了更直觀、高效、便捷的方式。MidasCivilNX集成了靜力分析、動力分析、幾何非線性分析、屈曲分析、移動荷載分析、懸索橋分析等分析設計功能,程序更是開放了API接口,極大拓展和豐富了產品的應用場景。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

Midas/Civil是一個通用結構及橋梁結構分析設計軟件,用于橋梁結構、地下結構、工業建筑結構等的靜力分析、動力分析、非線性分析、施工階段分析和優化分析設計。在橋梁結構方面,Midas/Civil結合了中國公路、鐵路和城市道路設計規范,提供了從建模、分析、后處理到設計的一體化功能。Midas/Civil的主要特點如下:(1)Midas/Civil不僅提供了菜單、Excel表格、MCT文本和AutoCAD導入等建模方法,還可以導入由SAP2000創建的有限元模型,建模便捷。(2)Midas/Civil提供了懸索橋、斜拉橋的建模助手,以及采用頂推法、懸臂法、移動支架法、滿堂支架法施工的橋梁建模助手。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(3)Midas/Civil內置有豐富的材料和截面數據庫,提供了中國、美國、英國、德國、日本、韓國等多個國家和地區的材料和截面數據庫。用戶還可根據需要自行定義材料和截面特性。(4)Midas/Civil單元類型豐富,提供了桁架、一般梁/變截面梁、平面應力/平面應變、只受拉/只受壓、間隙、鉤、索、加勁板軸對稱、板(厚板/薄板、面內/面外厚度、正交各向異性)、實體單元(六面體、楔形體、四面體)等工程結構分析所需的單元類型。(5)Midas/Civil提供了靜力分析、動力分析、靜力彈塑性分析、動力彈塑性分析、動力邊界非線性分析、幾何非線性分析、索力優化、屈曲分析、移動荷載分析、支座沉降分析、熱傳導分析、水化熱分析、施工階段分析、聯合截面施工階段分析等功能。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(6)在后處理中,用戶可以根據橋梁設計規范自動生成荷載組合,也可以添加和修改荷載組合。(7)Midas/Civil可以輸出各種反力、位移、內力和應力的圖形、表格和文本;提供靜力分析和動力分析的動畫文件;提供移動荷載追蹤器的功能,可找出指定單元發生最大內力(位移等)時移動荷載的作用位置;提供局部方向內力的合力功能,可將板單元或實體單元上任意位置的節點力組合成內力。(8)Midas/Civil可在進行結構分析后對多種形式的梁、柱截面進行設計與驗算。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

1)Midas/Civil用戶界面Midas/Civil提供了多種便利的菜單系統、樹形菜單、工作面板和實用的工具條,用戶界面如圖2-1所示。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-1

Midas/Civil用戶界面

(1)快速訪問工具欄。

快速訪問工具欄中包含“新項目”“打開項目”“項目信息”“保存”“打印”“打印預覽”等對項目或文件進行操作的快捷圖標(圖2-2),用戶可以使用相應的圖標命令實現對項目文件的快速操作。(2)選項卡。

選項卡中內置了Midas/Civil中所有的操作命令和快捷鍵(圖2-2)。用戶通過操作選項卡中的命令或快捷鍵,可以完成從模型建立、計算分析到結果輸出和設計的全過程。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-2快捷訪問工具欄和選項卡

(6)在后處理中,用戶可以根據橋梁設計規范自動生成荷載組合,也可以添加和修改荷載組合。(7)Midas/Civil可以輸出各種反力、位移、內力和應力的圖形、表格和文本;提供靜力分析和動力分析的動畫文件;提供移動荷載追蹤器的功能,可找出指定單元發生最大內力(位移等)時移動荷載的作用位置;提供局部方向內力的合力功能,可將板單元或實體單元上任意位置的節點力組合成內力。(8)Midas/Civil可在進行結構分析后對多種形式的梁、柱截面進行設計與驗算。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(3)樹形菜單(圖2-3)。

樹形菜單是Midas/Civil軟件的一大特色。樹形菜單將所有關聯菜單以階梯結構的形式顯示,方便用戶觀察和管理模型數據。在該菜單中,Midas/Civil軟件還提供了通過拖放(Drag&Drop)方式對單元和節點賦予屬性(材料、截面、約束和組類別等)的功能。通過樹形菜單,用戶同樣可以完成模型建立、計算分析和結果輸出等工作。(4)圖標菜單(圖2-4)。

為簡化操作,Midas/Civil軟件將經常使用的命令制成圖標快捷鍵,圖標菜單由一系列具有相同功能的獨立菜單(“撤消/重做”“選擇功能區”“鈍化/激活功能區”“顯示功能區”“柵格控制”“前后處理切換”“對象捕捉控制”等)構成,用戶可以根據需要和個人喜好將各菜單獨立拖放至合適的位置。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-3樹形菜單

(5)右鍵關聯菜單。

在模型窗口或樹形菜單中單擊鼠標右鍵,Midas/Civil軟件會自動根據當前的操作狀態彈出相應的功能菜單。(6)表格窗口。Midas/Civil軟件除了提供交互式的輸入輸出功能之外,還提供了使用電子表格處理數據的功能。該表格形式與OfficeExcel兼容,在批量輸入、批量修改或按屬性整理及查詢時非常實用。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(7)模型窗口。

模型窗口是Midas/Civil在圖形用戶窗口(GraphicUserInterface,GUI)下建立模型和顯示結果的操作窗口。模型窗口可以分割為若干個子窗口,各子窗口允許使用不同的坐標系。由于子窗口都是基于當前的模型或結果數據庫的,因此任意一個子窗口中的操作結果都會在其他子窗口內得到實時反映。

在模型窗口中,既可以展示一般形態的模型,也可以將模型和分析結果通過去除隱蔽線、調整明暗、照明及顏色分離處理等功能展示渲染畫面。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-4圖標菜單

(8)信息窗口。

信息窗口用于顯示在建模和分析過程中出現的各種提示、警告或錯誤信息。信息窗口是幫助查找模型錯誤的重要途徑。(9)命令行。

命令行是輸入Midas/Civil預定義的快捷命令的區域。快捷命令與選項卡、樹形菜單、圖標菜單和關聯菜單中的命令具有相同的功能。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(10)狀態條(圖2-5)。

狀態條位于圖形界面的最下端,顯示模型的單位體系、坐標描述、捕捉到的節點或單元的信息,并為用戶提供快捷查詢、單位變更、單元捕捉以及選擇過濾器等功能。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-5狀態條

2)Midas/Civil初始化設置(1)單位體系的設定或變更。Midas/Civil允許用戶根據需要設定或變更模型單位體系。例如,在輸入單元節點坐標時使用“m”單位,在輸入截面或輸出變形時變更為“mm”單位。對于由長度單位和力的單位組合而成的彎矩、應力、彈性系數等的組合單位,程序會根據長度和力的單位自動進行組合。

從選項卡中選擇“工具”→“單位體系”命令(圖2-6),或從狀態條中設定或變更單位體系。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-6單位體系

(2)設定建模所需的坐標系。Midas/Civil提供了四種坐標,即總體坐標系、單元坐標系、節點坐標系和用戶坐標系。①總體坐標系(GlobalCoordinateSystem,GCS)。

總體坐標系為笛卡兒直角坐標系,遵循右手法則,各軸用大寫字母(X、Y、Z)表示。其Z軸默認在模型窗口內豎直向上,因此將結構的豎直方向(即重力加速度的反方向)定義為總體坐標系的Z軸方向會比較便利。②單元坐標系(ElementCoordinateSystem,ECS)。

單元坐標系同樣遵循右手法則,各軸用小寫字母(x、y、z)表示。作用于梁單元、桁架單元、板單元等上的荷載都是在單元坐標系中輸入,單元內力、應力輸出也是基于單元坐標系。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

③節點坐標系(NodeLocalCoordinateSystem,NCS)。

節點坐標系是賦予節點以特殊方向的坐標系。節點坐標系同樣遵循右手法則,各軸用小寫字母(x、y、z)表示。

當結構端部節點的約束(支承)方向、彈簧支承方向以及節點的強迫位移與總體坐標系的坐標軸方向不平行時,應采用節點坐標系。④用戶坐標系(UserCoordinateSystem,UCS)。

用戶坐標系是為方便建模而在GCS上附加設定的坐標系。Midas/Civil在創建新文件的同時自動創建一個UCS,初始的UCS坐標系與GCS坐標系相同。UCS中的坐標軸用小寫字母(x、y、z)表示。

用戶可根據建模需要定義新的UCS,并可在UCS和GCS之間切換。模型中的所有節點坐標輸入都是在UCS中進行的。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2.1.3橋梁博士智能設計軟件簡介

橋梁博士(Dr.Bridge)軟件是上海同豪土木工程咨詢有限公司針對橋梁結構設計與效果分析研發的一款橋梁設計類軟件。本書主要依據同豪橋梁博士V5.0高校版設計編寫。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

1)橋梁博士軟件的功能與特點

橋梁博士軟件的主要功能及特點包括以下方面:(1)計算核心全面支持空間三維結構,支持七自由度梁單元。(2)數據輸入全部采用圖形、表格交互,建模效率大幅度提升。(3)創新使用“構件建模”法,更貼近工程實際,降低結構計算難度。(4)支持樁基礎作為子結構參與結構整體模型的聯合分析,并可完成全橋從上部到下部以及基礎的全過程一體化驗算。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(5)支持抗震、幾何非線性、邊界非線性、屈曲穩定、特征值等力學分析功能。(6)系統解決多項橋梁分析疑難問題,實現有效分布寬度、支點負彎矩削峰等內容的自動計算;支持Hambly梁格、折面梁格自動剖分;支持空間網格分析、無應力狀態法、頂推法、掛籃模擬等功能。(7)支持國內公路、城市、鐵路、地鐵等橋梁設計規范;內容涵蓋混凝土、鋼橋、組合梁等結構規范,以及抗震、抗風、斜拉橋、懸索橋等規范。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(8)支持橋梁結構抗傾覆穩定計算、結構支座脫空檢查、結構撞擊驗算等功能。(9)基于空間影響面理論,全面解決任意活載類型、各種組合的智能布載難題。(10)支持計算書自動生成,計算結果輸出更符合橋梁專業習慣,圖表清晰,數據豐富。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2)橋梁博士用戶界面

橋梁博士V5.0軟件用戶界面提供了多種便利的主菜單系統、操作界面、樹形菜單、屬性表格以及實用便捷的工具條。用戶界面如圖2-7所示。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-7橋梁博士軟件初始界面

(1)主菜單。

系統固定的工具欄。與特定的模型窗口相關的動態工具欄,即當某種類型的模型窗口被打開時,系統自動顯示與之相關的工具欄。(2)樹形菜單。

管理一個項目文件下多個模型。將某個工程結構分析模型分為了總體信息、結構建模、鋼束設計、鋼筋設計、加勁設計、施工分析、運營分析、地震分析、撞擊分析共9個前處理輸入區塊,以及結果查詢、計算報告2個后處理區塊,如圖2-8所示。(3)圖形窗口:以圖形化方式進行建模的主工作區。

在前處理過程中用于圖形交互建模,在后處理過程中用于顯示效應圖和標注。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-8樹形窗口

(4)中間條。

用于控制圖形窗口和信息表的主要顯示內容。例如,在結構建模區塊中,可通過中間條切換到施工信息的輸入。在施工分析區塊中,可通過中間條切換施工階段。(5)信息表。

以表格方式進行建模的工作區。信息表中的行信息與圖形窗口中的對象一一對應。(6)人機交互信息窗口。

輸出建模、分析過程中的各種信息和警告、錯誤信息等。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(7)命令窗口。

所有桌面共享一個全局的命令行窗口。可以使用類似CAD命令的方式發送操作指令,每個指令與主菜單中的按鈕一一對應。

當構建橋梁模型時,所需要的模型處理工具如圖2-9所示。項目管理樹與圖形區如圖2-10所示。單擊項目管理樹可修改建模階段,圖形區可直接修改當前階段模型。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-9工具欄

單擊右側“截面”按鈕,可顯示該模型的截面,同時可使用工具欄進行截面的修改與調整,截面設計如圖2-11所示。

與CAD軟件類似,圖2-12所示界面為命令輸出窗口和命令行,可作出相應的指令要求。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-10項目管理樹和圖形區

第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-11截面設計界面

第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介圖2-12命令行顯示與編輯區

2.2橋梁智能建模簡介2.2.1簡支梁橋的模型

橋梁工程中常用的簡支梁橋有板梁橋、T梁橋和小箱梁橋。其中,板梁橋又分為整體式板橋和裝配式板橋。1)平面模型

當采用平面模型分析裝配式的板梁橋、小箱梁橋或T梁橋的內力和變形時,只需建立一片梁的有限元模型,其空間效應通過橫向分布系數來體現。Midas/Civil可以直接分析空間問題,其空間效應由模型直接反映,也無須再計算荷載橫向分布系數。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2.2橋梁智能建模簡介2)空間模型

由多片主(縱)梁通過橫隔梁或鉸縫連接而成的橋梁,可以用梁格法來分析。梁格法的分析思路是:把分散在梁(或板)的每一個區段內的彎矩和抗扭剛度假定集中于最鄰近的等效的梁格內,梁(或板)的縱向剛度集中于縱向梁內,而橫向剛度則集中于橫向梁內。理想的梁格應該是,當原型梁(或板)和等效的梁格承受相等的荷載時,這兩個結構的撓曲是恒等的,而且在任一梁格內的彎矩、剪力和扭矩等于該梁所代表的梁(或板)部分的截面合力。

可見,由多片板梁、T梁和小箱梁構成的空間模型,完全可以用梁格法來計算,建立的模型也稱為梁格模型。本書只介紹簡支梁橋的T梁和小箱梁的梁格建模方法,有關斜交橋和曲線橋梁的梁格建模方法可參考Midas/Civil相關參考材料。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2.2橋梁智能建模簡介

對于T梁和小箱梁,將T梁的梁肋和翼緣板合建為梁單元,橫隔板單獨建為梁單元。這種建模方式僅僅考慮了橫隔板的連接,卻忽略了T梁或小箱梁翼緣板之間的連接作用。如要考慮翼緣板間的連接,可參照板梁引入虛擬橫梁(重量為零),也可用Midas/Civil彈性連接中的剛性連接或主從節點的剛性連接模擬。由于橫向荷載主要依靠橫隔板傳遞,因此可近似地不考慮翼緣板間的橫向連接,不設虛擬梁或剛性連接。

定義支座約束時,只需約束一排支座中一個支座在X、Y方向的自由度,否則會造成溫度作用計算結果偏大。板式橡膠支座盡量用彈性支承模擬,尤其是需要考慮動力特性時,應取支座實際的剛度值。彎橋應注意支座的約束方向,通過設置節點局部坐標系來施加約束。當進行移動荷載分析時,應按橫向聯系梁法定義車道。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2.2.2鋼管混凝土拱橋的模型

鋼管混凝土拱橋的建模比較復雜,與分析目標及采用的材料特性有關。目前,鋼管混凝土拱橋常用的建模方法有基于統一理論的鋼管混凝土單元法、鋼管混凝土雙單元法和復合梁單元法。1)鋼管混凝土單元法

這種方法是基于鋼管混凝土統一理論,視鋼管混凝土為一種材料,鋼管混凝土截面特性按鋼管外徑計算,材料特性則按統一理論給出的公式計算。由于材料特性中已經考慮了鋼管初應力影響,因此可用于鋼管混凝土拱橋成橋狀態下的內力和承載力計算。但在計算變形時,抗壓剛度取0.8折減系數。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

2)鋼管混凝土雙單元法

視鋼管和混凝土為兩種材料,在相同節點位置重復建立兩個單元:一個為鋼管,另一個為混凝土。雙單元模型主要用于模擬鋼管混凝土拱橋的施工過程,這樣可以得到較為真實的鋼管、管內混凝土內力值和拱圈變形值。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

3)復合梁單元法

在計算鋼管混凝土拱橋極限承載力時,需要同時考慮幾何非線性和材料非線性、混凝土收縮徐變、鋼管混凝土組合截面形成過程、鋼管與混凝土的應力發展歷程及溫度變化等因素,以及能夠反映約束效應的核心混凝土本構關系,此時應采用復合梁單元。復合梁單元應具有以下功能:(1)能夠同時考慮幾何非線性和材料非線性,為此應采用能夠描述不同施工階段截面材料的復合面來描述。(2)能夠反映鋼管混凝土截面形成、混凝土開裂以及混凝土從開始澆筑到承受荷載的全過程,可以鈍化或激活混凝土,并能反映截面形心和扭心的不斷變化。第二章橋梁智能設計軟件及建模簡介

(3)含有初應力和初應變項。由于鋼管混凝土組合截面是在架設成拱的空鋼管拱肋基礎上逐漸灌注而成的,因此在形成鋼管混凝土組合截面前,空鋼管中已經儲存了較大的初應力