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。
一、打开调索窗口1.1工程项目准备 l 、建立工程计算项目,在总体信息中选择生成调索信息,执行项目计算; 2、“数据”菜单中 选择“调索” 3、 界面显示如下图所示(图16-1) 图16-11.2数据交互与窗口组成(各部分功能区的操作详见后述) “调索”与“调束”相似,也是在桥博的基础上开发的,与桥博之间可以进行数据交互。首次打开“调索”文件时程序从“计算结果”中读取索力信息(包括张拉力与张拉阶段)。在调索过程中可以通过“重载索力”、 “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索的初始状态。 “调索”的结果可以通过“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。 索力与效应等信息在“调索”中的不同区域显示。 l 、 功能区 完成“调索”界面与桥博的数据交互操作以及“调索”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索力的初始效应并根据“调索”界面中索力的变化刷新效应图 3 、调索区 交互编辑拉索索力 4、拉索管理窗 可显示或隐藏指定拉索
1.3注意事项 工程项目在后台计算过程中,窗口中的索力信息应注意不要修改,否则其变化无法反映到效应图中,同时在读取调索数据时也容易产生错误,此时只能耐心等待。
2、调索界面操作2.1功能区1、重载索力:将桥梁博士中的索力数据重新载入到调索界面中,“调索”中索力被删除,结构效应同步刷新。 注意:重载索力的操作意味着放弃对索力已做的调整,一般在调索混乱后或项目施工方案改变后使用。
2、重载效应:将项目的最新效应置为此后调索的初始效应。 注意:该操作一般用在上传索力数据、项目重新计算后,或改变预应力、荷载等重新计算后,主要目的是消除收缩、徐变影响或计入预应力影响等,以获得当前状态下结构的准确效应,用户需确保当前索力与项目计算中的索力状态相同,也就是说此时的索力与结构效应是匹配的。3、上传桥博:将调索界面中的索力数据上传到桥梁博士中,覆盖原始数据,在上传过程中索力作用的施工阶段与原来保持一致。 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索力数据的变化,此时再重新计算。
4、调索次号:在项目计算并生成调索文件时程序从原始数据中读入索力张拉值与张拉阶段,并记录每根拉索的张拉次数形成调索次号。根据所有拉索在施工阶段中重复张拉的最大次数(n)来确定调索最大次号,并将每根拉索对应的施工索力按张拉顺序依次排列在第1次到第n次调索次号中。因此在同一个调索次号中的拉索其张拉的实际施工阶段(施工内容)可能不同。
5、约束定义:在对称结构中一般索力也是对称的,使用拉索间的约束关系可减少工作量并防止出现人为的错误调整。设置约束关系后仅调整主索索力,从索自动更新。约束定义窗口如图16-2。拉索间的约束关系在每个调索次号中都需要定义。
图16-2
1)主、从索名:需确定约束关系的拉索名称,索名即为拉索单元的单元名称,若单元名称空缺则程序自动用单元号(索号)替代。2)约束关系:拉索之间索力的相关关系,程序提供了三个选项(索力相同,水平力相同,竖向力相同)。3)索力调整信息:包括拉索的索号、索名、调索次号、调索阶段号、索力初值、索力当前值及索力变化量。其中索力初值为打开当前的调索文件时各索的索力初始值,索力变化量为当前索力值与索力初始值的差值。4)约束检查信息:检查主、从索约束关系是否合理。若出现不合理约束将在信息窗口中提示,在退出窗口时提示存在不正确的约束关系,是否修改。若选是则回到编辑窗口,若选否则关闭窗口,保留错误的约束关系但不应用。如图16-3。
6、显示设置:可设置的图形操作界面(索力座标系)的显示参数,一旦修改了参数需选择“按设定重新布局”刷新图形。显示设置界面如图16-4。
1)索力方向定义:索力座标系中显示的索力值,可为索力绝对值、索力水平分量或竖向分量。观察主梁效应时宜采用索力竖向分量,观察主塔效应时宜采用索力水平分量。2)拉索标注名称:可显示拉索单元号或索名,索名即为桥梁博士单元输入信息中各拉索单元对应的单元名称。3)图形窗口中显示从索:如已设置约束关系则可选择在拉索座标系中显示(或不显示)从索;未设置约束关系时该选项无效。4) 显示定位线:是否在效应图中显示定位线。效应线表示鼠标移动、编辑索力时在结构中的对应位置,在效应图中以红色虚线标示。5)顺桥向x座标显示比例:拉索座标系中拉索x座标的放大比例,该比例只是用来调整窗口显示的美观性,一旦设好后最好不再修改。6)索力刻度间隔:拉索座标系中竖向索力座标的间隔。7)可显示的最大索力值:拉索座标系中竖向索力座标的最大值。8)是否按设定重新布局:按新的显示设置刷新图形。
7、刷新方式:不论采用何种刷新方式,所有已定义的、与当前索力调整相关的效应图均同时刷新。1)刷新效应:点击“刷新效应”时,根据图形操作中索力的变化值来刷新已定义结构效应。2)自动刷新效应:每次索力值变化后(鼠标放开后)自动刷新结构效应。3) 启动鼠标移动跟踪:在鼠标拖动索力变化的过程中,结构效应呈动态变化。
2.2 效应窗口操作对效应图的操作可通过右键菜单命令完成,包括新建、删除、预览、打印、页眉页脚、效应定义、效应设置、清除标注等(如图16-5)。以下对这些命令简单介绍。
1、新建(删除):新建(删除)效应图框,图框周边出现蓝色边框时处于选中状态。2、效应定义:即为图形编辑器界面,工程项目屏蔽,指向当前项目。实际操作时图框需先单击选中再定义。(如图16-6)
3、效应图设置:图形显示设置。可按照图形编辑器绘制效应边线或按座标轴方式显示。若以座标轴方式显示,则在生成的效应图中以横、纵轴替代效应边界。(如图16-7)
1)x座标:仅显示x轴方向单元的效应图2)y座标:仅显示y轴方向单元的效应图3)单元座标:以单元的长度方向作为效应图的横轴4)效应值的比例系数:效应(竖向座标)的放大系数。5)可显示的最大、最小效应:竖向座标的最值。6)标注字体高度:效应值字体大小。7)标注值精确度:效应值小数点后的位数。8)竖向座标:选中则效应值为竖向标注。9)效应控制线设置:在效应图中显示效应控制线,控制线的颜色可选。例如在效应图中可标注压应力与拉应力的控制标准,在使用“调索”工具调整结构应力时有参照标准。4、清除标注:清除选中效应图的标注信息。
5、 增、删、插行(列)命令:在同一效应图框内增加、删除或插入效应图,支持显示多个效应图。
2.3 图形窗口操作图形窗口操作与cad类似,可通过图形按钮、命令行、图形区直接拖拉等实现对图形的编辑(详见附录2),也可通过树操作(支持右键菜单命令)对图元进行显现、隐藏、锁定。以下对调索操作中可能涉及到的图形编辑作简单介绍。1 、选中:可通过常规的鼠标点选或窗选,选中一个或多个图元,也可通过树操作选中图元,被选中的图元处于激活(可编辑)状态。2 、缩放:可通过鼠标滚轮实现,也可用Zoom或ZoomWindow命令实现。(详见附录2)3、隐藏:“隐藏”命令可以过滤当前不需要的图元,可通过命令行“hide”或树操作实现。4、bg:参见第15章。5 、对索力值的操作(拖拉、ac、cv)1) 通过选中、拖动索单元实现,拖动过程中索力值可在图形窗口内实时显示。该方法一次只能改变一根索的索力。2)stretch:可实现对一个或多个索单元同时处理,运用该命令时第一次选择编辑单元(蓝框),第二次选择拉伸夹点(红框),通过鼠标移动改变夹点座标(索力值),也可通过命令行输入控制索力值。 stretch enter 选中对象 选择夹点 enter 选择基点enter 确定偏移距离 enter3)ac:设置索力延伸边界,选中一个或多个拉索,将索力值延伸到该边界处。斜拉索的竖向分力通常都符合某种规律(与节段重量对应),可预先设定索力边界,对多个索力进行一次性操作,这种操作多用于调整阶段索力。绘制索力延伸边界 ac enter 选择索力边界 enter 选择索单元 enter图16-8即为事先设定圆弧边界后用ac命令将所有索力延伸到对应的边界值。
4)cv:打开“调整索力值”窗口,在表格中输入索力值。(如图16-9)cv enter
3、调索操作流程调索的目的是为了确定施工索力、成桥索力,使结构在施工、成桥与使用阶段均能保持良好的受力状态。调索文件既可以用来调整索力并实时观察结构效应变化,也可以作为索力快速输入的工具。3.1调索前的数据准备1)、在桥博的输入窗口中完成结构的几何模拟、预应力束模拟、施工阶段模拟与成桥荷载模拟,确定项目计算的控制参数;2)、 施工阶段的模拟宜简化处理,即不考虑实际施工中的挂篮前移、浇注混凝土、转移锚固等操作,每个节段的施工用一个阶段模拟,安装杆件、施加荷载、张拉斜拉索、张拉预应力束均在这个施工过程中完成,其目的是首先确定施工索力与成桥索力,简化施工过程,减少调索时项目反复计算的时间,施工索力的细化工作可在施工、成桥索力确定后再考虑;3)、施工模拟时结构的施工索力与成桥索力是未知的,在索力的张拉阶段确定拉索的编号,索力可填写一任意的值,真实索力的输入可通过“调索”文件完成;4)、选择“生成调索信息”,“执行项目计算”;
3.2初步确定施工、成桥索力1)打开“调索”文件,“重载索力”,图形窗口中出现索力座标系,调整“显示设置”参数,使索力座标系的显示清晰、合理;2)根据结构的对应关系确定拉索的约束关系;3)定义效应图,输出控制施工阶段和成桥阶段的效应图(如结构是对称的,为了提高刷新速度可以只定义一半结构的效应);4)根据相应施工阶段与成桥阶段的荷载初步确定拉索的张拉力,由于对施工阶段的模拟作简化处理,此时调索次号中“第1次调索”对应的索力即为所有拉索的节段施工张拉力,“第2次调索”即为调整成桥索力,如果成桥索力存在重复张拉则会出现更大的调索次号,用“stretch”命令或“ac”命令确定索力张拉值;5)将调整后的索力“上传桥博”,“执行项目计算”;
3.3调整施工、成桥索力1)计算完成后“重载效应”刷新效应图(在项目计算过程中不能修改索力,否则重载的效应图与当前索力是不对应的);2)微量调整索力,使各施工阶段主梁上、下缘受力均匀;3)微量调整索力,使成桥阶段主梁上、下缘整体上受力均匀;4)“上传桥博”,“执行项目计算”获得准确的计算结果(包含收缩、徐变效应);5)如效应图不理想,重复以上的操作过程,直到主梁受力均匀;6)观察应力包络图,局部的不均匀弯矩需通过配置局部预应力解决,同时配置整体施工预应力保证施工安全性(这部分操作可通过“调束”工具完成);7)配束完成后再次观察应力包络图,根据应力特征局部调整拉索张拉力;8)观察塔顶位移;
4、示例以一座悬臂施工的独塔斜拉桥为例说明调索过程(施工索力与成桥索力)。工程概况:65.0+110m预应力混凝土独塔斜拉桥,施工过程一共划分了15个施工阶段,其中1-11阶段为双悬臂施工(每阶段包括安装单元与张拉斜拉索),12、13阶段为边、中跨合龙,14阶段拆挂篮(13、14阶段无索力调整),简单起见在模型中未模拟挂篮浇注操作,15阶段为成桥阶段有一次全桥调索。调索过程如下:4.1完成全桥建模,在施工阶段索力调整中需输入该阶段张拉的斜拉索单元与索力(索力可不准确,实例中采用的索力值均为1000KN),在总体信息窗口中选择“生成调索信息”(如图16-10),重新执行计算。
4.2打开调索文档(可从“项目管理窗口”中选择或从“项目”菜单中选择,如图16-11、图16-12)。该项目中每根斜拉索均调整了2次,第一次为悬臂施工调索,第二次为成桥调索,在调索次数窗口中选择“第1次调索”和“第2次调索”,在图形窗口中显示所有索力均为1000KN(图16-13)。将“显示设置”中的“索力方向”定为“竖向力”,则在图形窗口中显示各索竖向力(图16-14)。
4.3首先调整悬臂施工索力(第1次调索)。该项目中边跨标准节段重量为1583KN,中跨标准节段重量为1716KN,考虑边跨压重与横梁重量后边、中跨标准重量分别为3330KN、2160KN。 在图形窗口中绘制线段1(y=3330),线段2(y=2160),用“ac”命令将边、中跨索力分别延伸到对应的值(图16-15)。
在“第2次调索”中重复同样的操作,考虑到该项目中所有二期恒载的重量为67.5KN/m,每节段对应的重量为337.5KN,取整数340KN,将线段1与线段2向上偏移340,将索力延伸到对应的值(图16-16)。
在约束定义中查证修改后的索力。(如图16-17)
如果结构是对称的,一般而言施工索力与成桥索力也是对称的,此时可采用约束定义,隐藏从索,在图形界面中仅需对一半的斜拉索进行操作。“新建”效应图,该项目中第1次调索到12施工阶段结束,显示第12阶段的施工累计应力。显示成桥阶段15阶段施工累计应力。
4.4将修改后的索力上传到桥梁博士原始数据中。在上传时提示:关闭输入数据窗口,再打开才能看到修改后的数据。重新执行项目计算。(如图16-18)
4.5计算完成后在“调索”界面中“重载效应”。第12阶段的施工累计应力(图16-19),成桥阶段15阶段施工累计应力(图16-20)。
由图例-8看,成桥阶段主梁下缘应力储备较小。查看正常使用组合1应力包络图(图16-21)。主跨下缘拉应力过大,应调整5-6MPa。
4.6回到成桥阶段,调整主跨索力(第2次调索),每次调整索力后观察成桥阶段与使用组合的应力图,将应力调整到理想状态。最终成桥索力如图16-22。
相应的应力图为图16-23、图16-24。
4.7将调整后的数据上传到桥梁博士,重新计算,重载效应,注意计算过程中不要修改索力信息。重新计算后的组合1应力包络图如图16-25所示。由于调索界面的实时应力变化无法考虑徐变收缩的影响,因此重新计算后的数据会与调索界面的数据有一定的差别,如应力图仍然无法满足要求,则需要重复第6步的操作,直到得到满意的应力。
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。
1) 主、从钢束名:即为桥博“输入钢束信息”中的钢束名称,若桥博中对应的钢束名称空缺则 程序自动用钢束编号替代。2)约束关系:程序提供了2种约束(对称,平移)。一、 主、从钢束可以是一一对应关系也可以是一根主钢束对应多根从钢束;二、 程序不支持嵌套约束关系,即已定义的从(主)钢束不能作为另一个约束关系中的主(从)钢束。3) “x”值:若主、从钢束是对称关系,则x表示对称轴座标;若主、从钢束是平移关系,则x表示钢束间的平移距离。4)修改几何约束关系:定义钢束的约束关系,但此约束关系可不应用到结构中,关闭“约束关系”窗口时提供选择,是否保存已定义的约束。(如图15-3)
5)增加(删除、插入)行:在修改几何约束关系窗口中增加(删除、插入)行,定义约束关系。6)已应用几何约束关系:目前调束时使用的约束关系,关闭“约束关系”窗口时提供选择,是否应用已定义的约束。(如图15-4)
7)约束检查信息:检查主、从钢束约束关系是否合理。若出现不合理约束将在信息窗口中列出,在退出窗口时提示是否修改,若选是则回到编辑窗口,若选否则关闭窗口,保留错误的约束关系但不应用。(如图15-5)
6、钢束属性:包含所有钢束的基本信息,“上传桥博”时钢束的控制数据以“钢束属性”中的数据为准。(如图15-6)
1)钢束号(名):同桥博,在与桥博进行数据交互时起索引作用。两者在“调束”中均可以自由编辑,可通过两种方式实现:一、 在命令行中键入“b2”命令或在图形编辑界面中双击钢束元,打开创建(修改)钢束窗口,确定“新钢束号”和“新钢束号增量”,此后新生成的钢束按用户指定的号码和增量编辑;二、 在钢束管理窗口中选中钢束(BID=*1-*2),再单击,“BID=*1-*2”处于可编辑状态(如图15-7),*1代表钢束编号,*2代表钢束名称。注意:钢束编号应由“1”开始依次排序,否则 “上传桥博”后项目中的钢束信息与“调束”中的钢束信息无法一一对应。
2) 上、下参考线:同桥博;3)编束根数与束数:同桥博;4)Sigmak:同桥博;5)张拉端:同桥博;6)每根面积:同桥博;7)MU、k:同桥博;8)相关单元:同桥博;9)SX、SY、SS:10)注意事项:“钢束属性”中的部分信息在“上传桥博”时不修改,用户需在桥博中自行调整。(如图15-8)11)数据检查信息:检查窗口中的输入内容是否合理;
7、显示设置:可设置的图形操作界面的显示参数。显示设置界面如图15-9。
1)显示从束:是否在图形界面中显示从钢束。若钢束数量多,线形复杂,选中此项可隐去部分钢束,使图形显示清晰。2)显示定位线:是否在效应图中显示定位线。效应线表示鼠标移动、编辑钢束时在结构中的对应位置,在效应图中以红色虚线标示。
8、刷新方式:不论采用何种刷新方式,所有已定义的、与当前钢束调整相关的效应图均同时刷新。1)刷新效应:点击“刷新效应”时,根据图形操作中钢束线形的变化来刷新已定义结构效应。2)自动刷新效应:每次钢束线形变化后(鼠标放开后)自动刷新结构效应。3)启动鼠标移动跟踪:在鼠标拖动钢束线形变化的过程中,结构效应呈动态变化。
2.2 效应窗口操作效应图需先单击选中再操作,图框周边出现蓝色边框时处于选中状态。操作可通过右键菜单命令完成,包括新建、删除、预览、打印、页眉页脚、效应定义、效应设置、清除标注等(如图15-10)。以下对这些功能简单介绍。
1、新建(删除):新建(删除)效应图框。2、效应定义:即为图形编辑器界面,工程项目屏蔽,指向当前项目。(如图15-11)注意:增加了“组合最大压应力取用组合Ⅲ”选项,可在应力图中同时显示组合Ⅰ或Ⅱ的最小应力和组合Ⅲ的最大应力,适用于新规范对应力验算的要求。
3、效应图设置:图形显示设置。可按照图形编辑器中的方式绘制效应边线或按座标轴方式显示效应图。若以座标轴方式显示,效应图中以横轴表示单元长度,纵轴表示效应值。(如图15-12)
1) x座标:仅显示x轴方向单元的效应图2)y座标:仅显示y轴方向单元的效应图3)单元座标:以单元的长度方向作为效应图的横轴4)效应值的比例系数:效应(竖向座标)的放大系数。5)可显示的最大、最小效应:竖向座标的最值。6)标注字体高度:效应值字体大小。7)标注值精确度:效应值小数点后的位数。8)竖向座标:选中则效应值为竖向标注。9)效应控制线设置:在效应图中显示效应控制线,控制线的颜色可选。例如在效应图中可标注压应力与拉应力的控制标准,在具调整结构应力时有参照标准。
4、清除标注:清除选中效应图的标注信息。
5、增、删、插行(列)命令:在同一效应图框内增加、删除或插入效应图,支持在同一图框中显示多个效应图。2.3 图形窗口操作图形窗口操作与cad类似,可通过图形按钮、命令行、图形区直接拖拉等实现对图形的编辑(详见附录2),也可通过树操作(支持右键菜单命令)对钢束和参考线进行显现、隐藏、锁定。以下对调束操作中可能涉及到的图形编辑作简单介绍。1、选中:支持鼠标点选或窗选,也可通过树操作选中图元,被选中的图元处于激活(可编辑)状态。2、缩放:可通过鼠标滚轮实现,也可用Zoom或ZoomWindow命令实现。(详见附录2)3、隐藏:该命令可以过滤当前不需要的图元,可通过命令行“hide”或树操作实现。4、bg:改变图形窗口底色,在白色与黑色间转换。bg enter5、 ry:调整参考线水平高度。在图形编辑窗口中,参考线与钢束有两套图形,一套是参考线与钢束的实际线形,呈灰色显示,不可编辑;另一套是图形编辑操作的对像,参考线以直线显示,钢束以折线显示,钢束(默认为红色)可编辑。钢束线形的变化在两套图形中都能反映出来。首次打开“调束”文件或“重载钢束”后这两套图形的参考线是重合的,可用“ry”命令将其分离。ry enter 选择参考线ID enter 确定参考线偏移位置 enter 重复上述步骤直至完成对所有参考线的操作6、b2:生成新钢束。(如图15-13)b2 enter 弹出“创建钢束”对话框 填写钢束信息 enter7、bo:钢束对象的offset操作,使用bo命令可依据一根模板钢束生成一根向两侧等距离伸长(或缩短)的新钢束。该命令一般用在模拟墩顶束或中跨合拢束等具有上述几何特征的钢束。bo enter 选定钢束 enter 选择偏移基准点 移动鼠标确定偏移方向 输入偏移距离 enter
8、双击钢束:弹出“修改钢束”对话框。9、钢束的拉伸与偏移1) 通过选中、鼠标拖动导线点实现,该方法只能改变钢束上一个导线点的位置,钢束位置变化后其座标可通过双击钢束来检查。2)stretch:对多个钢束、导线点同时拉伸,运用该命令时第一次选择编辑单元(蓝框),第二次选择拉伸夹点(红框),通过鼠标移动改变夹点座标,也可通过命令行操作输入实际的控制座标。stretch enter 选中对象 enter 选择夹点 enter 选择基点 enter 确定偏移距离 enter
3、调束操作流程调束的目的是为了确定预应力束的作用位置与数量,使全桥在施工与使用阶段处于合理的受力状态。调束文件既可以用来调整钢束座标与数量并实时观察结构效应变化,也可以作为钢束快速输入的工具。3.1调束前的数据准备1、在桥博的输入窗口中完成结构的几何模拟、施工阶段模拟与成桥荷载模拟,确定项目计算的控制参数;2、施工模拟时预应力束线形是未知的,在施工阶段模拟时忽略预应力束的张拉信息,真实的钢束线形描述可通过“调束”文件完成;3、选择“生成调束信息”,确定“调束阶段号”(这一信息也可以在钢束描述完成,确定钢束张拉阶段后再填写),“执行项目计算”;
3.2完成钢束线形描述1、打开“调束”文件,图形窗口中出现参考线图形,由于在桥博中未定义钢束,此时的图形界面中未出现钢束;2、使用钢束编辑命令“b2”、“bo”和其它图形编辑命令如“copy”、“mirror”等生成所有钢束,在钢束属性中修改钢束数量;3、将钢束信息“上传桥博”,在施工阶段中确定钢束张拉信息,同时应注意对钢束线形和编号的复核,在“调束阶段号”中填写张拉钢束的施工阶段号;4、“重新执行项目计算”;
3.3调整钢束1、“重载钢束”,在图形界面中显示钢束与参考线信息;2、定义效应图,输出控制施工阶段和成桥阶段的效应图(如结构是对称的,为了提高刷新速度可以只定义一半结构的效应);3、 定义钢束间的约束关系,显示“定位线”;4、调整钢束的座标与数量,保证结构的施工安全性,并使组合应力包络图整体上均匀平顺,应力控制指标满足规范要求;5、 将调整后的钢束信息“上传桥博”,“执行项目计算”获得准确的计算结果(包含收缩、徐变效应);6、“重载效应”,如结构效应不理想,重复以上的操作过程,直到主梁受力均匀;
4、示例以一座节段施工的三跨变高度连续梁为例说明调束使用过程。工程概况:80m+130m+80m的三跨变高度连续梁,施工过程一共划分了58个施工阶段,其中1-46阶段为双悬臂施工(将每个节段的施工过程划分为挂篮前移、挂篮加载、转移锚固三个部分),50阶段边跨合拢同时张拉边跨合拢束,54阶段中跨合拢张拉中跨合拢束,57阶段二期铺装,58阶段施加竖向预应力。调束过程如下:4.1完成全桥建模桥博中钢束几何信息与张拉信息暂时空缺,钢束的几何信息编辑可利用“调束”文件中的图形操作完成。在总体信息窗口中选择“生成调束信息”(如图15-14),“执行项目计算”。
4.2打开调束文档可从“项目管理窗口”中打开或从“项目”菜单中打开,如图15-15、图15-16。
打开“调束”文件后在图形编辑区出现参考线图形。使用“ry”命令将实际的参考线与画图参考线分离,实际参考线线形为主梁的上缘与下缘,呈曲线形式。画图参考线为直线形式。(如图15-17)
4.3输入钢束信息首先生成单侧墩0#块顶板束。运行“b2”命令,填写钢束导线点座标、节点半径,选择参考线ID、钢束显示颜色,确定新钢束编号与钢束号增量(如图15-18),点击“确定”生成1#钢束(如图15-19)。
运行“bo”命令,以1#钢束为模板,输入偏移距离(施工节段长度),生成2#钢束(如图15-20)。重复“bo”命令,生成所有顶板束(如图15-21)
运行“mirror”命令,确定对称轴,生成另一侧墩的顶板束。按照上述操作,使用“b2”“bo”“mirror”命令完成底缘束编辑。所有钢束的几何编辑全部完成(如图15-22)。
打开“钢束属性”,新生成钢束的编束根数与数量默认为7和1(如图15-23),手动修改,在此项目中根据节段重量初设成19和2。
打开“约束定义”,设定钢束间的约束关系(如图15-24)。两墩对应的顶板束与边跨合拢束均为对称关系。
打开“显示设置”,选择“不显示从束”,图形区中从束图形消失。将钢束信息“上传桥博”,在桥博“输入施工信息”中填写钢束张拉信息,确定“调束阶段号”(如图15-25),“重新执行项目计算”。
4.4调整钢束“重载钢束”。在效应区“新建”效应图框,选择“效应定义”生成结构效应图,在“效应设置”中“按座标轴方式显示效应”,选择显示参数,确定“效应控制线”颜色与效应值,点击“启动鼠标移动跟踪”。46施工阶段累计应力图与组合1、2、3应力包络图如图15-26、15-27、15-28、15-29所示。由施工应力图看悬臂施工主梁上缘节段束配置较少,上缘压应力储备小,组合应力包络图也呈现同样的特征,而且边跨下缘出现拉应力。
在“钢束属性”中修改墩顶束与边跨合拢束数量,将2束改为4束,确定后效应图自动刷新,46施工阶段的应力满足要求,但组合3中中跨上缘压应力太大,再次调整墩顶束数量,将最后3个节段的墩顶束恢复为2。在命令行中运行“move”或“stretch”命令,根据定位线与效应控制线微量调整相应钢束的座标,使应力图整体上较均匀,最不利应力满足规范要求。此时组合3(标注值组合)中全桥最大压应力为15.5MPa(如图15-30),组合2(短期组合)中不出现拉应力如图(15-31)。
将钢束信息“上传桥博”,“执行项目计算”,获得准确的计算结果。
4.5计算完成后“重载效应”,观察所有施工节段的效应图与组合应力包络图。若结构局部的应力仍然不满足要求,再使用“move”或“stretch”命令作微量调整,“上传桥博”,“执行项目计算”,“重载效应”。重复上述调整过程直至全桥达到合理的受力状态。
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:
用户输入在当前自定义截面中需要用到的参数名称及参数数值,在脚本中每个点的坐标信息用参数表示,当修改参数值时,点的坐标值就会改变,参数个数可以进行添加,插入和删除操作,参数值可以在相应的单元格中修改。7)测试:图4-3-4
输入完参数名及参数数值,或修改了当前截面信息后,必须经过测试方可使用,修改的截面不经过测试无法使用,通过观察测试得到的实际图形和点的坐标信息看看是否是自己想要的,如果不对,可以在进行修改脚本和参数值,直到得到正确的自定义截面。注:实际图形窗口图形基本操作: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)4.4运用经过测试的自定义截面在进行截面输入时加以运用。1)进入截面特征描述对话框,点击 ,将出现以下窗口:
2)点击 ,进入以下窗口:
3)鼠标左键双击选择图形对象,弹出自定义截面对话框,进行输入几何参数。