斜拉桥等索结构在设计阶段计算中存在确定成桥最优索力和施工张拉力两大难题。其确定原则虽然已经给出了多种理论和方法,但在实际应用过程中仍存在很多问题,较难得到满意的解决方案。我们在多年的工程实践中感觉到斜拉桥索力难以确定的主要原因是主梁应力与索力的构成和实施张索的过程紧密相关,如果对索力的组成不加以区分,张索过程不合理,则调索过程将进入一个极其复杂的凑试过程,要得到满意的解决方案需要花费大量的时间和精力。特别是在公路04规范压应力指标加以严格限制的条件下,调索难度更是大大增加。索力的主要作用是解决主梁的荷载弯矩。主梁的荷载弯矩主要由三部分荷载引起:
如果索力能够在上述荷载施加后马上调整至竖向力平衡状态,则主梁的受力更为均匀。上述三种荷载中主梁自重、二期铺装弯矩容易解决,可通过施工过程中张拉索力来实现。但活载弯矩在局部存在较大双向弯矩的特征,由索力来调整较难,大部分局部活载弯矩应力最好由预应力来解决。按上述分析调索过程可分为如下步骤:
如此可较快得到合理拉索张拉力方案,但调索过程中仍存在多次试算和微量调整过程,为此桥博3.0中提供了一个交互式的调索工具,利用此工具可进一步缩短调索过程,如果再配套调束工具则完成斜拉桥的设计计算就不再令人感到棘手了。以下将详细描述调索工具的使用操作,在准备调索之前首先需要准备好工程计算项目,在调索期间,工程项目可不必考虑空挂篮张拉、挂篮加载等琐碎步骤,一个节段只需模拟一个施工阶段即可(即:安装节段单元、挂篮前移到位、拉索索力调整、施工预应力张拉以及横梁荷载施加都可在一个施工阶段内完成),这样计算时间可大大缩短,避免浪费精力。
在预应力混凝土结构的计算中,确定预应力钢束的数量与位置,使结构在施工与使用阶段处于合理的受力状态是一项重要的内容,但在实际的钢束调整过程中仍然存在很多的困难。由于辅助调束工具的欠缺,只能根据工程经验或是对结构的理解来调整钢束,每次调整的效果是不明确的,调束的结果往往对结构不能兼顾,这样钢束的调整过程就成了一个反复微调、凑试的过程。特别是在公路04规范中明确考虑了截面的有效分布宽度,全预应力构件抗裂验算中有效预应力打折,同时严格控制压应力指标的条件下,钢束调整的难度更是大大增加。调束过程中微量调整与反复计算的过程是不可避免的,为此桥博3.0中提供了一个交互式的调束工具,通过这个工具用户可以在调整钢束的同时,看到预应力混凝土结构由此产生的内力、应力与位移变化,将原来需要反复修改钢束座标、重新计算,并查看效应图的过程大大简化,从而缩短了设计时间。以下将详细描述调束工具的使用操作。1、打开调束窗口1.1工程项目准备1 、建立工程计算项目,在总体信息中选择“生成调束信息”,确定调束阶段号(只需填写实施钢束张拉操作的施工阶段号),执行项目计算;2、“数据”菜单中 选择“调束”3、界面显示如下图所示(图15-1)
1.2数据交互与窗口组成(各部分操作详见后述)“调束”是在桥博的基础上开发的一个辅助设计工具,它与桥博之间可以进行数据交互。桥博中有两套数据,一是“原始数据”,在桥博输入界面中生成;二是“计算结果”,项目计算完成后生成。首次打开“调束”文件时程序从“计算结果”中读取钢束和参考线信息。在钢束调整过程中可以通过“重载钢束”、“重载参考”、“重载效应”等操作从桥博“计算结果”中调用相关信息并作为此后调整钢束的初始状态。“调束”的结果(钢束的线形、数量、张拉阶段)可以通过“上传桥博”反馈到桥博“原始数据”,项目重新计算后才能获得准确的计算结果。钢束、参考线与效应等信息在“调束”中的不同区域显示。1、功能区完成“调束”界面与桥博的数据交互操作以及“调束”界面数据管理2、效应区以桥博的计算结果形成效应图作为此后调整钢束的初始效应并根据“调束”界面中钢束与参考线的变化刷新效应图3、调束区以桥博中钢束与参考线的信息作为钢束调整的初始状态4、钢束管理窗可显示、隐藏或锁定指定钢束和参考线
1.3注意事项工程项目在后台计算过程中,窗口中的钢束信息应注意不要修改,否则其变化无法反映到效应图中,此时只能耐心等待。
2、调束界面操作2.1功能区1、重载钢束:将桥博“计算结果”中的钢束、参考线数据载入到调束界面中,“调束”中原数据被删除,结构效应图同步刷新。注意:“重载钢束”的操作意味着放弃对钢束已做的调整,一般在首次打开“调束”文件导入钢束和参考线信息或钢束调整混乱后使用。
2、 重载参考:将桥博“计算结果”中的参考线信息载入到“调束”界面中,覆盖现有的参考线,结构效应图同步刷新;注意:若在桥博中既修改了参考线信息又调整了钢束对应的参考线名称,钢束的真实位置无法通过“重载参考”获得,此时必须使用“重载钢束”;
3、重载效应:调用桥博“计算结果”中的效应并将此效应置为此后调束的初始效应;注意:该项操作一般用在上传钢束信息、项目重新计算后,其目的是在计算中消除收缩、徐变影响以获得当前状态下结构的准确效应。用户需确保“调束”界面中的钢束与项目计算中的钢束状态相同,也就是说此时的钢束与结构效应是匹配的。
4、上传桥博:将“调束”中的钢束数据上传到桥博“原始数据”中,覆盖项目文件中的数据;注意:该项操作一般用于将调整后的数据上传到桥博中重新执行项目计算,以获得准确的计算结果(包含徐变与收缩效应)。若上传时数据文件已打开,需将数据窗口关闭,再将数据窗口打开才能看到钢束信息的变化,此时再重新计算。
5、约束定义:设置钢束之间的约束关系。桥梁结构具有对称性或相似性,出于结构受力上的对称或相似,不同位置的钢束也存在这样的相关关系,或对称或线形相同而作用位置不同。将满足这种关系的钢束分别设为主钢束和从钢束,定义约束关系,确保不同位置的钢束按同一个几何规律变化,这样可以减少调整工作量并防止出现人为的错误操作。设置主、从钢束的约束关系后用户只需调整主钢束的座标,从钢束线形在程序中自动更新。应用约束关系后从钢束图形以虚线表示。约束定义窗口如图15-2。注意:“约束定义”仅约束主、从钢束的线形,不控制数量。
4.1功能参数化输入截面几何信息的截面类型定义,用户可根据自己常用断面形式,自设定应输入的参数,可在项目中随意使用自定义的参数化截面输入方式。4.2命令从主菜单选择工具>自定义截面。<快捷键>:[Alt]+T>[Ctrl]+C。4.3输入
1) 添加截面:点击 ,在此处添加新的自定义截面,并弹出对话框输入截面名称。2)删除截面:点击 ,删除此前已定义好的自定义截面。3)修改截面名称:点击 ,修改当前对话框的截面名称。4)选择图形:点击 ,为当前自定义截面选择CAD图形,CAD图形必须是实现用户自己画好的CAD图,用户可以在此界面上随意更换显示的CAD图形。注:缩略图窗口图形基本操作:图形缩放(滚轮滚动)图形拖动(滚轮按住移动)全图显示(CTRL+鼠标左键双击)放大矩形区域(鼠标左键按住拉开矩形框)5)选择脚本:点击 ,为当前自定义截面选择脚本文件,脚本文件定义了该截面的区域信息,即界面的每个环集的点的坐标值,和此环集的虚实情况,用户可以在文本编辑器中事前写好脚本,用次按钮把脚本装载到界面中的编辑框中,也可以在编辑框中自己修改、编辑。注:脚本编辑格式如下:(以“选择脚本.cpp”文件解释)Region[1].Point[1].x=0;Region[1].Point[1].y=0;Region[1].Point[2].x=-L;Region[1].Point[2].y=-L*a/1000;Region[1].Point[3].x=-L;Region[1].Point[3].y=-L*a/1000-H2;......Region[1].Point[18].x=L;Region[1].Point[18].y=-L*a/1000;Region[1].fsolid=true;表示“选择图形.dwg”中图形外框18个控制点的坐标描述。Region[1]中1为第一个环集;Point[2].x=-L中2为第二个控制点,-L为坐数值;Region[1].fsolid=true为实区。Region[2].Point[1].x=-L+B1+B2+B5;Region[2].Point[1].y=(-L-B1-B2-B5)*a/1000-ds-y;Region[2].Point[2].x=-L+B1+B2+B5;Region[2].Point[2].y=-L*a/1000-H1+dx+v;......Region[2].Point[8].x=-L+B1+B2+B5+x;Region[2].Point[8].y=(-L+B1+B2+B3-B6-x)*a/1000-ds;Region[2].fsolid=false表示“选择图形.dwg”中图形内框8个控制点的坐标描述。Region[2]中2为第二个环集;Point[2].x=-L+B1+B2+B5中2为第二个控制点,-L+B1+B2+B5为坐数值;Region[2].fsolid=false为空区。6) 参数编辑: