橋梁三維預(yù)應(yīng)力空間分析系統(tǒng)

　　眾所周知，連續(xù)剛構(gòu)橋的計(jì)算多年來一直停留在平面分析上，即使做作空間分析也是局部作，如零號塊空間分析、錨下局部應(yīng)力分析等，極少作全結(jié)構(gòu)仿真分析。對于連續(xù)剛構(gòu)橋，結(jié)構(gòu)計(jì)算采用平面分析加局部空間分析設(shè)計(jì)上基本夠用，但對于預(yù)應(yīng)力計(jì)算，豎向預(yù)應(yīng)力不能和縱向預(yù)應(yīng)力整體計(jì)算，一直是缺陷。目前已建成的一些大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋中出現(xiàn)了裂縫，別的原因姑且不論，結(jié)構(gòu)整體預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析不夠肯定是原因之一。近幾年開始出現(xiàn)彎連續(xù)剛構(gòu)橋，其計(jì)算問題尤其是三向預(yù)應(yīng)力計(jì)算更沒有很好地解決。

　　BridgeKF系統(tǒng)正是在這種背景下立項(xiàng)開發(fā)研制的，它是交通部跨世紀(jì)人才項(xiàng)目“連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)應(yīng)力仿真分析系統(tǒng)的研究”的科研成果。BridgeKF系統(tǒng)的成功開發(fā)彌補(bǔ)了目前國內(nèi)三向預(yù)應(yīng)力計(jì)算分析的空白，意義較大。應(yīng)用BridgeKF系統(tǒng)分析連續(xù)剛構(gòu)橋，認(rèn)識會更加深刻，很多問題的解決不必停留在經(jīng)驗(yàn)上，而是通過實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)分析上。尤其對曲線連續(xù)剛構(gòu)的分析，BridgeKF系統(tǒng)更是提供了有利的計(jì)算工具。

　　BridgeKF系統(tǒng)是一個(gè)有限元綜合分析系統(tǒng)。它的核心單元采用空間8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，可以有效地模擬各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如空心板、 T梁、箱梁及橫隔板、加腋部分;如三叉結(jié)構(gòu)、錨碇等。BridgeKF系統(tǒng)的特點(diǎn)是專業(yè)性強(qiáng)，尤其是結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力分析，無論建模還是計(jì)算均能體現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的特殊要求，如預(yù)應(yīng)力與結(jié)構(gòu)耦合作用機(jī)理，比現(xiàn)有程序、系統(tǒng)的處理方法更接近于實(shí)際情況。應(yīng)該說，結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力(三向)分析是BridgeKF系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，是該項(xiàng)目的主要創(chuàng)新之處。此外，實(shí)體單元可以分階段計(jì)算預(yù)應(yīng)力也是BridgeKF系統(tǒng)的特色。

　　BridgeKF系統(tǒng)的建模目前以梁式橋?yàn)橹鳎浣；舅枷胧鞘紫冉⒔Y(jié)構(gòu)定位線，然后選擇橫斷面模板類型或自行繪制橫斷面，經(jīng)過計(jì)算即可形成所需計(jì)算模型。BridgeKF系統(tǒng)對常見彎坡斜和閉合橋梁結(jié)構(gòu)都能較快地生成計(jì)算模型，尤其是連續(xù)剛構(gòu)建模更為方便。利用系統(tǒng)中截面過渡功能，選擇n次拋物線過渡可以一次性修改連續(xù)剛構(gòu)縱向底板線形。此外利用系統(tǒng)中直線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+直線功能可以方便地建立橋梁平曲線定位線。除結(jié)構(gòu)建模外，預(yù)應(yīng)力建模也很重要。在這方面，BridgeKF系統(tǒng)同樣出色?？傊c國際上通用程序相比,BridgeKF系統(tǒng)建模更專業(yè)、更方便。

　　過去結(jié)構(gòu)采用空間8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元計(jì)算，最大的問題是計(jì)算時(shí)間過長，輸出數(shù)據(jù)龐大難以處理。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)性能無論速度還是容量都較從前有較大改善，而且隨著發(fā)展會越來越好。就目前計(jì)算機(jī)性能來看，在奔騰 2.3GHZ的微機(jī)上，計(jì)算2400個(gè)節(jié)點(diǎn)、1400個(gè)單元、分8個(gè)階段、16根預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)僅用時(shí)間二十幾秒。計(jì)算2萬節(jié)點(diǎn)的題目也就二十幾分鐘。從BridgeKF系統(tǒng)的驗(yàn)證情況看，完全適用于實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

　　BridgeKF系統(tǒng)主要功能如下：

　　1.利用系統(tǒng)中Group模型計(jì)算分析橋梁預(yù)應(yīng)力和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式可以是彎、坡、斜或彎坡斜組合結(jié)構(gòu)，如斜彎橋等。橋梁平曲線線形包括公路線形中的所有形式，如圓曲線、緩和曲線和復(fù)曲線。

　　2.利用系統(tǒng)中網(wǎng)格模型計(jì)算分析橋梁中異形塊，如三叉結(jié)構(gòu)或不能用一根定位線定位的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格模型解決的是特殊問題，其建模比Group模型相對要復(fù)雜。由于同樣可以計(jì)算預(yù)應(yīng)力，網(wǎng)格模型有應(yīng)用價(jià)值。

　　3.橋梁計(jì)算的截面形式不受限制。即可以是等截面也可以是變截面。變截面包括直線變化和n次拋物線變化(自動形成)。系統(tǒng)形成截面有兩種方法：⑴通過繪圖工具繪制;⑵通過模板形成。模板中橫斷面形式包括箱、 T、空心板等常見結(jié)構(gòu)形式。

　　4.在計(jì)算結(jié)構(gòu)中可以添加橫隔板、橋墩、系梁。橫隔板針對箱、 T梁結(jié)構(gòu);橋墩、系梁針對連續(xù)剛構(gòu)。利用橫隔板功能可以模擬箱梁上下齒板結(jié)構(gòu)。橋墩結(jié)構(gòu)分實(shí)心、空心兩種。如有橋墩，在上部結(jié)構(gòu)建模時(shí)應(yīng)考慮其位置。

　　5.計(jì)算結(jié)構(gòu)中任意方向預(yù)應(yīng)力。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)可以按縱、橫、豎三個(gè)方向，也可以縱橫豎三個(gè)方向組合。對梁式結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力計(jì)算，特別是連續(xù)剛構(gòu)三向預(yù)應(yīng)力計(jì)算較為方便。預(yù)應(yīng)力輸入方法為導(dǎo)線點(diǎn)法和G1線法。

　　6.利用空間實(shí)體單元模擬橋梁施工過程，如先簡支后連續(xù)施工方法或懸臂施工方法等。在分階段模擬過程中，外力、溫度、預(yù)應(yīng)力等均可以分階段上。

　　7.在計(jì)算中程序考慮了如下荷載：⑴體系調(diào)整;⑵張拉預(yù)應(yīng)力鋼束;⑶結(jié)構(gòu)自重;⑷集中力;⑸分布力;⑹強(qiáng)迫位移;⑺溫度;⑻收縮徐變。其中，溫度、收縮徐變均同樣按空間結(jié)構(gòu)計(jì)算，且收縮徐變對預(yù)應(yīng)力損失自動計(jì)算。

　　8.系統(tǒng)前處理建模主要功能：⑴繪圖部分：繪直線、圓曲線、拋物線和懸鏈線;⑵自動求結(jié)構(gòu)交點(diǎn);⑶openGL三維圖形顯示;⑷分階段、分截面、分截面體顯示結(jié)構(gòu);⑸圖形加外力、位移、溫度等;9.系統(tǒng)后處理主要功能：⑴橫斷面顯示截面應(yīng)力、位移;⑵結(jié)構(gòu)縱向點(diǎn)顯示截面應(yīng)力、位移;⑶結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力、位移最大、最小值。

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