1、橋梁設計軟件之橋梁博士設計計算方法 在橋梁的設計工作中，常做的工作除了前面所述的直線橋、斜彎橋的設計計算外，還常常碰到抗剪計算、計算截面特性、截面驗算、截面配筋，基礎的計算，橫向分布的計算等一些比較瑣碎的工作。為此，本系統提供了常用設計工具來輔助完成這些工作。本章將對常用工具的使用方法作一些介紹。工具的使用是采用文檔來組織的，便于資料的存檔。剪力計算 在公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D622004）（以下簡稱公橋規2004）中，詳細規定了受彎構件斜截面抗剪承載力的計算方法，包括簡支梁、連續梁；等高度、變高度梁；以及鋼筋混凝土和預應力混凝土構件。這使得以程序計算斜截面抗剪成為

2、可能，橋梁博士3.0版據此設計了抗剪計算工具。建立抗剪計算文件界面打開：有如下兩種方法打開或創建一個抗剪能力計算文件：在主窗口的“設計”下拉式菜單中選擇“剪力計算” ；或在項目組管理窗口中通過右鍵菜單選擇“剪力計算” 。界面組成：有如下三個組成部分圖形顯示窗口左側上部是原始數據圖形顯示窗口可以通過左上角的下拉式菜單選擇圖形種類，查看輸入數據的結果，以便快速掌握結構信息，或檢查數據的準確性；可在“最大最小剪力包絡圖”、“最大剪力對應彎矩圖”等十七種原始數據圖形間切換；輸入恰當的比例，選擇標注確定是否在圖形中標注數值大小，通過“更新顯示”刷新圖形效果。并通過“圖形設置”鍵調整圖形顯示。數據輸入窗口

3、左側下部是原始數據輸入窗口，用戶可以在“總參”、“內力”、“箍筋”等10項基本信息間切換，來完成原始數據的輸入；手動輸入原始數據的工作量比較大，用戶也可以使用上部菜單按鍵的“裝載數據”從橋梁博士數據文件中載入基本數據。結果報告輸出窗口：右側窗口是結果報告輸出窗口。在輸入了原始數據后，用戶通過點擊“更新顯示”，即可按用戶設置的格式輸出報表。裝載、輸入原始數據打開界面：單擊“裝載數據”按鈕，打開如下圖所示的窗口。裝載操作：通過“瀏覽”選擇經過計算的橋梁博士數據文件；并勾選從該文件中裝載的信息類型；選擇裝載截面內力時的組合類型；指定裝載信息的單元號。裝載后內容“x坐標轉換量”：是指從數據文件中導入之

4、后，原數據中單元的坐標位置的偏移量?！皢卧傞L度”：用來修正結構長度，一般用于空間桿系結構中，比如一座彎橋，其內外側腹板長度不同，但我們設計時，彎起鋼筋、箍筋等的定位都是根據路線中心線的長度確定的。因此，可以在此對單元總長度進行修正，程序將根據其總長度對各單元長度進行縮放。裝載完成填寫完畢后，點擊“確定”，即可將截面內力、腹板寬度、截面高度、鋼束信息等裝載到剪力計算文件中。在這里，程序并沒有載入單元的主筋信息，一是因為有些結構用戶并不輸入鋼筋信息，二是此處采用了更簡單的主筋輸入方式。輸入原始數據說明所有的原始信息，均可以在數據輸入窗口手動輸入，也可以從已經計算過的橋梁博士數據文件中加載；自橋梁

5、博士數據文件載入的信息，并不完善，許多信息仍需要在圖左側下部的數據輸入窗口手動輸入。輸入的數據，除鋼筋直徑以mm計，及其它特別注明外，其它數據使用通用單位：KN，M，MPa，度。 輸入原始數據內容(1) 總參：用戶在此輸入抗剪計算的整體控制參數。包括：項目描述：項目名稱；預應力提高系數：計算“混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設計值”“Vcs”時的參數。參見公橋規2004第5.2.7條。上緣（下緣）受壓翼緣影響系數：計算“混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設計值”“Vcs”時的參數。參見公橋規2004第5.2.7條。斜裂縫粗略按45度計算：選擇否，程序將按公橋規2004第5.2.8條計算斜裂縫水平投影長度

6、，以確定斜裂縫形狀；選擇是，則按45。粗略處理。是否計入彎起鋼筋超過40%Vd部分：公橋規2004第5.2.11條第1款中提到，進行抗剪設計時“不超過40%由彎起鋼筋承擔”。但在第5.2.7條的抗剪驗算中，沒有提及這一原則。程序在此處請用戶確定。是否計入變高度影響：用戶在此確定是否對變高度梁的剪力進行修正。參見公橋規2004第5.2.7條附注。箍筋抗拉設計強度、彎起鋼筋抗拉設計強度、豎向預應力鋼筋抗拉設計強度縱向預應力鋼筋抗拉設計強度：用戶可以對此進行修改?；炷翗颂枴⒒炷量估瓘姸龋河脩艨梢孕薷?。 計算斜裂縫位置（下緣）：輸入用戶希望驗算斜截面強度的坐標位置。可以輸入多個，支持“()/*”輸

7、入。其中，第一個數據一定是絕對坐標。斜裂縫位置輸入方式：選擇上一條輸入計算位置坐標時采用的相對坐標還是絕對坐標。其中，第一個數據一定是絕對坐標。(2) 內力：用戶在此修改或輸入結構組合內力。一般自橋梁博士載入；用戶也可以手動修改。(3) 箍筋：用戶在此輸入箍筋信息。輸入方式為：自起點開始，箍筋的間距、肢數、直徑，到下一控制點為止。(4) 豎向預應力筋：用戶在此輸入豎向預應力筋信息。輸入方式為：自起點開始，豎向預應力筋的間距、橫向根數、直徑，到下一控制點為止。(5) 彎起筋：用戶在此輸入彎起筋信息。輸入方式為：自起點開始，彎起筋的間距布置、位置是否指頂緣坐標、橫向根數、直徑、角度。其中，間距布置

8、，支持“()/*”輸入，程序根據用戶輸入的間距個數，確定彎起筋的數量。角度的范圍-9090度。(6) alfa1：計算“混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設計值”“Vcs”時的參數。參見公橋規2004第5.2.7條。輸入各x坐標處的數值，其間通過直線內插取值。(7) 腹板寬度：用戶在此修改或輸入腹板寬度信息。輸入各x坐標處的寬度值，其間通過直線內插取值。(7) 截面高度：用戶在此修改或輸入截面高度信息。輸入各x坐標處的高度值，其間通過直線內插取值。(8) 普通箍筋：用戶在此輸入普通箍筋信息。輸入方式為：每一個區間（自起點x坐標開始，至終點）主筋的根數、直徑以及到截面下緣的高度（輸入負值表示距離截面上

9、緣的高度）。各區間可以相互重疊。(9) 預應力筋：用戶在此修改或輸入預應力筋信息。包括每根鋼束的束數、截面面積，以及詳細的豎彎信息。查看結果 原始數據輸入完畢后，用戶就可以在圖 中通過點擊“更新顯示”來查看計算結果了。在查看結果之前，先要點擊“報告設置”來設置輸出報告的格式。輸出的報表是一個完整的計算書格式，可以包括各點的中間計算結果，最終的匯總表格，以及與之相關的圖形。匯總表中，詳細判斷各點強度以及截面尺寸是否滿足要求。輸出的報告采用模板報表格式，可以用右鍵菜單，另存為模板格式。這樣，即可通過橋梁博士3.0自帶的“報告模板編輯器”打開、編輯和打印，而不必始終和原始數據捆綁在一起。截面設計使用

10、方法新建或打開截面設計文檔： 選擇“設計”菜單下的“截面設計”命令；選擇已有的文檔名稱或輸入一個新文檔名稱，則出現如圖所示的窗口。文件后綴名為sds。 單項任務設計設置任務標識名：在“當前任務標識”框中鍵名稱。單擊“添加任務”按鈕。選擇任務類型：在“當前任務類型”列表框中選擇，共有4種類型。描述任務內容：當任務類型確定后，在任務類型下面有多個按鈕，單擊這些按鈕，完成任務內容描述。如任務類型為“截面幾何特征”時，單擊“截面描述”和“截面鋼束”按鈕進行內容描述。顯示結果：單擊“顯示結果”按鈕，查看計算結果。截面設計文件描述： 在“當前文件描述”框中輸入描述內容。 截面設計內容總共有四個按鈕，設計時

11、當任務類型確定后，對應的設計內容按鈕呈可選狀態。四個內容按鈕如下：（1） 截面描述單擊“截面描述”按鈕，將會出現如圖所示的對話框。不能讀入斜彎橋的截面形式。設計內容（2）截面鋼束單擊“截面鋼束”按鈕，系統將打開相應的對話框。輸入截面的鋼束信息。鋼束列表：對輸入的鋼束信息列表顯示。鋼束鋼質：選擇鋼束的材料類型，從材料類型下拉框中選擇。鋼束中心高度：鋼束中心到截面下緣的距離。鋼束面積：鋼束的力學計算面積。永存預應力：鋼束扣除全部預應力損失后的有效預應力。該處混凝土的有效預壓應力：在該鋼束中心處由于永存預應力引起的該處混凝土的有效預壓應力。添加：將當前鋼束添加到鋼束列表框中。修改：用當前鋼束替換鋼束

12、列表框中的選擇項。刪除：刪除鋼束列表框中的選擇項。（3）荷載描述單擊“荷載描述”按鈕，系統將打開相關的對話框。輸入截面的荷載效應。在荷載效應列表中顯示了輸入的荷載信息。選擇荷載類型，輸入荷載效應中的彎矩效應、剪力效應、軸力效應。（4）控制信息單擊“控制信息”按鈕，系統將顯示相關的對話框。輸入截面計算的控制信息。選擇驗算時的截面類型、極限狀態、組合類別、規范。計算長度：用于計算縱向彎曲增大系數。設計類型 截面設計時總共有四種任務類型選項，在“當前任務類型”下拉框中選擇。各任務類型描述如下：（1） 截面幾何特征系統截面特征計算只給出截面的換算截面特征數值，并假定全截面參加工作，取截面組成材料中彈性

13、模量最低的材料作為整個截面的基準材料，截面特征的數值都是針對該種材料而言；計算過程中計入普通鋼筋和預應力鋼筋以及截面的孔洞對截面特征的影響；截面計算前，系統以無窮大的施工階段號初始化截面，使整個截面的施工全部完成，整理整個截面的有效部分。對于有效分布寬度以外的部分，在截面特征計算時不計入。（2）荷載組合荷載組合計算分承載能力極限狀態和正常使用極限狀態；承載能力極限狀態只計算組合I-III，承載能力極限狀態中計入荷載分項安全系數和提高系數；正常使用極限狀態計算組合I-VI，其中正常使用極限狀態荷載組合V為施工階段組合；荷載效應中的其它荷載1-3是為用戶計入的特殊荷載效應，在施工階段為施工活載1-

14、3；計算過程中荷載效應值為零的系統認為沒有該荷載效應其它荷載1的效應如果對總效應有貢獻的則計入，沒有貢獻的則不計入；其它荷載2和其它荷載3中最不利者對總效應有貢獻的則計入該最不利者，沒有則不計入任何效應；這個原則同樣適用于施工組合V；荷載的其它組合系數全部按照公路橋梁規范取用。（3）截面配筋截面配筋是針對鋼筋混凝土和預應力混凝土構件的，只進行承載能力極限狀態荷載組合I-III和正常使用極限狀態荷載組合I-III；配筋結果分為截面上緣的配筋面積和截面下緣的配筋面積；配筋計算的類型分為軸壓、軸拉、上緣受拉偏拉、下緣受拉偏拉、上緣受拉偏壓、下緣受拉偏壓、上緣受拉受彎、下緣受拉受彎8種受力類型。受力類

15、型是根據所承受的外力效應來確定的。（4）截面驗算截面強度驗算是對各種截面進行應力驗算或鋼筋混凝土截面裂縫寬度驗算以及鋼筋混凝土和預應力混凝土截面強度驗算；計算所采用的公式都取自規范規定。強度驗算仍根據8種受力類型按照外力性質進行計算。橫向分布系數的計算 與截面設計的使用方法類似。新建或打開橫向分布文檔：選擇“設計”菜單下的“橫向分布”命令；選擇已有的文檔名稱或輸入一個新文檔名稱，則出現相應的窗口。文件后綴名為sdt。計算內容橫向分布系數計算內容有2個按鈕，其中單擊“結構描述”按鈕時彈出的對話框內容與選用的計算類型相關。（1) 杠杠法當“當前任務類型”為“杠杠法”時，單擊“結構描述”按鈕，將會出

16、現相關的對話框。各個主梁間的間距，在輸入此項時，系統支持(*)表達式；例如：輸入4*2，則表示共有5片主梁，各主梁間距都為2米。如圖 812所示：邊主梁梁位線外側部分橋面，加載時采用直線外插計算。(2) 剛性橫梁法當“當前任務類型”為“剛性橫梁法”時，單擊“結構描述”按鈕，將會出現如圖 所示的對話框。主梁間距：同杠杠法，參見本節“1.結構描述杠杠法 中的主梁間距”。主梁抗彎慣距：輸入對應各主梁的抗彎慣矩，個數主梁間距數+1，支持(*)表達式?？古ば拚禂担喝绻紤]主梁抗扭能力，則計入抗扭的修正系數，其計算公式：不考慮則輸入1。(3) 剛接板梁法當“當前任務類型”為“剛接板梁法”時，單擊“結構描

17、述”按鈕，將會出現相關的對話框。主梁寬度：主梁左側到右側的距離?？箯潙T矩：主梁的抗彎慣性矩?？古T矩：主梁的抗扭慣性矩。與下一板鉸接：本梁右側與下一梁的左側為鉸接，不選表示該處剛接。最后一根主梁的該信息無效。左板長度：主梁左側懸臂板的懸臂長度。左板慣矩：主梁左側懸臂板沿跨徑方向每延米板截面繞水平軸的抗彎慣矩。右板長度：主梁右側懸臂板的懸臂長度。右板慣矩：主梁右側懸臂板沿跨徑方向每延米板截面繞水平軸的抗彎慣矩。主梁跨度：主梁順橋向的計算跨徑。G/E：主梁材料的剪切模量與彎曲模量的比值，對于混凝土一般為0.43。添加：將當前主梁信息添加到主梁信息列表框中。修改：將當前主梁信息替換主梁信息列表框中的

18、當前選擇項。刪除：將主梁信息列表框中的當前選擇項刪除。主梁信息列表框：各主梁信息列表。注：邊主梁外側部分橋面，加載時采用直線外插計算。主梁幾何示意如圖 815所示：剛接板梁法主梁幾何示意(4) 活載信息單擊“活載信息”按鈕，系統將顯示相關的對話框。選擇汽車荷載、掛車荷載類型，在人行荷載欄中輸入人群集度。特殊荷載與特殊車列：參見4.8.2節中的相關內容。自動計入汽車車道折減系數：汽車在橫向加載求橫向分布系數時，是否計入車道的折減系數橋面布置信息：參見下面“活載信息橋面布置”。(5) 活載信息橋面布置在圖中單擊“橋面布置”按鈕，系統打開一個如圖 817所示對話框。L41，R14：橋面布置。橋面中線

19、距首梁距離：用于確定各種活載在影響線上移動的位置。對于杠桿法和剛性橫梁法為橋面的中線到首梁的梁位線處的距離；對于剛接板梁法則為橋面中線到首梁左側懸臂板外端的距離。左汽車車道：左側車道的汽車車列數。左汽車車道：右側車道的汽車車列數。注：如果分隔帶的寬度為0，則表示其相鄰左右側橋面連續，例如如果中央分隔帶的L1+R1=0，則汽車在左右車道上連續分布，總車道數=左車道數+右車道數。示例：如圖 818所示橋面布置數據，其橋面布置信息如圖 819所示：橋面與梁位對應示意 系統輸出的橫向分布系數的含義汽車的橫向分布系數：是基于一列汽車的；掛車的橫向分布系數：是基于一輛掛車的；人行的橫向分布系數：是基于一延

20、米人群的；滿人的橫向分布系數是基于一延米人群的；特載的橫向分布系數：是按照用戶定義的荷載加載的，例如，如果特載定義為四個車輪，每個輪重為1/4，則其等同于掛車的橫向分布系數。特殊車列的橫向分布系數：是按照用戶定義的車列信息加載的，例如，如果車列的定義為：前后車距即相臨車距均為1.3米，加重車和主車都為兩個車輪，且每個輪重均為1/2，輪距1.8米，則在車列數相同的情況下，其結果等同于汽車的橫向分布系數。在計算汽車的橫向分布系數時，不同類型的汽車計算結果是相同的，掛車類同。人群集度只用來確定是否計算，如果輸入0，則表示不計算人群的橫向分布系數，非0值表示計算，其量值隨意。基礎的計算與截面設計和橫向

21、分布計算的使用方法類似，如果已經熟悉，不必閱讀本小節內容。新建或打開基礎計算文檔：選擇“設計”菜單下的“基礎計算”命令；選擇已有的文檔名稱或輸入一個新文檔名稱，則出現相關的窗口。文件后綴名為sdp。計算內容基礎計算內容只有“結構描述”按鈕，單擊它時彈出的對話框內容與選用的計算類型相關。結構描述整體基礎基底計算當“當前任務類型”為“整體基礎基底計算”時，單擊“結構描述”按鈕，將會出現相關的對話框?；壮休d力計算：驗算基底的土（或巖石）應力?；A沉降量計算：計算基礎的總沉降量?；A穩定性驗算：驗算基礎的穩定性。基底摩擦系數：驗算基礎抗滑穩定性時使用，可按基礎規范表3.4.2取用。沉降經驗系數：按地

22、區經驗取值，如果缺乏資料則輸入0，系統自動根據基礎規范表3.3.4取用?；诪榛鶐r：若選中則表示基礎底部為巖石。基礎底面外力平面內寬度H：相當于受彎截面的高度?；A底面外力平面橫向寬度：相當于受彎截面的寬度。基底土（或巖石）的容許應力：容許應力。外力描述：打開一個外力描述對話框，輸入外力信息。水平力以向右為正，向左為負；豎向力以向上為正，向下為負。土層描述：打開一個土層描述對話框，輸入土層信息。土層深度：該土層地面的深度，以第一層土頂面為0，采用正值輸入。附加應力：該土層的平均附加應力。壓縮模量：該土層的壓縮模量，可從地質勘察報告的土工試驗表中得到。進行基礎沉降計算時，土層的劃分方法應參照地基

23、與基礎規范的第3.3.4、3.3.5條規定。(1) 單樁容許承載力當“當前任務類型”為“單樁容許承載力”時，單擊“結構描述”按鈕，將會出現相應的對話框。樁的類型：選擇摩擦樁、沉樁、嵌巖樁中的一種。樁截面面積、周長：應參照基礎規范第4.3.2和4.3.4條計算。樁嵌入巖石深度：應扣除風化層。參見基礎規范第4.3.4條。巖石單軸極限強度：參見基礎規范第4.3.4條。側面系數c1、底面系數c2：根據清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的系數。參照基礎規范第4.3.4條。土層描述：打開一個土層描述對話框，輸入土層信息，其數據輸入與前面所述一致（參見圖 823所示對話框的解釋）。對嵌巖樁，此項無效。注：單樁

24、承載力的計算，系統是以1米為間隔，樁尖在不同持力層中時，計算出各位置的單樁承載力，用戶可根據自行確定的樁長，截取使用。(2) 剛性基礎計算當“當前任務類型”為“剛性基礎計算”時，單擊“結構描述”按鈕，將會出現相關的對話框?；A截面面積Ao、截面模量Wo：基礎底面的特征，用于計算基底應力。基礎入土深度：基礎埋入土中的深度，從地面起算，如果有沖刷，應從沖刷線起算?；A變形系數alfa：。b1為基礎的計算寬度，按基礎規范附錄六計算。m：地基土的比例系數，按基礎規范附表6.5取用。EI：基礎的彎曲剛度，E為彎曲彈性模量，I為抗彎慣矩。基礎計算寬度b1：按基礎規范附錄六計算?；A寬度d：基礎地面寬度，相

25、當于受彎截面的高度。地基系數m：地基土的比例系數，按基礎規范附表6.5取用?；A底面土（非巖石）的地基系數mo：按基礎規范附表6.5取用。巖石地基系數Co：按基礎規范附表6.6取用。基底嵌入巖石：基礎底面是否嵌入巖石。水平力H：基礎所承受的水平外力，向右為正。豎向力N：基礎所承受的豎向外力，向下為正。總彎矩M：基礎底面形心處的合計總彎矩，順時針為正。地面以上長度lo：基礎露出地面（或沖刷線）的高度。豎向力偏心距e：基礎所承受的豎向外力的相對于基底形心的偏心距離，右側為正。基礎頂水平彈性位移：以基礎在地面處剛性固接，在外力作用下基礎頂部產生的水平位移，向右為正。注：本對話框的計算是對基礎規范附表6.7的實現，輸入輸出的數據如有不明確之處，參照基礎規范?；A的變形系數應小于2.5/h，否則應按彈性基礎計算。(3) 單排彈性基礎計算當“當前任務類型”為“單排彈性基礎計算”時，單擊“結構描述”按鈕，將會出現相關的對話框。h1、h2基礎變截面處、頂部距離地面（無沖刷）或沖刷線（有沖刷）的高度。入土深度：基礎埋入土中的深度，從地面起算，如果有沖刷，應從沖刷線起算q1、q2、q3、q4：外荷載描述，向右為正。水平力H：基礎所承受的水平外力，向右為正。豎向力N：基礎所承受的豎向外力，向下為正?？倧?/p>