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你遇到过桥梁结构常规计算中的困惑吗?

1、常规计算的涵义及计算软件(桥梁防撞

在桥梁设计中,必须进行一系列的计算和分析。这些计算和分析可以(不那么严格)分为常规计算和特殊计算。前者是指结构在自重、车辆、行人、温度、混凝土收缩徐变、支座沉降、预应力、施工荷载等位移计算作用下的内力和位置等大多数情况下所需的计算。后者是对大跨度柔性结构的抗风计算、高烈度地震区的特殊抗震计算(非常规计算)、钢结构的疲劳计算等一些特殊问题的特殊计算和分析。桥梁动力效应明显的车-桥耦合计算、复杂结构的局部应力分析等。(怎样选择防船撞桥梁防撞设施)

目前,用于桥梁设计常规计算的软件很多,如西南交通大学的BsAs、ASCB、nlabs、交通部研究院的GQJS、通号土木工程博士等,国外还有MIDAS/civil、TDV等。另外,许多通用有限元软件可用于桥梁计算,如ANSYS、ABQUs、Lusas等。

2、常规计算方法和软件都非常成熟了吗?(桥梁防撞设施)

由于它是一种常规的设计计算,而且计算软件众多,这是否意味着它的计算方法已经非常成熟?对于同一个问题,每个计算软件是否都有相同的计算?当然,很多人认为答案是肯定的,但不幸的是,事实并非如此。当使用不同的软件对同一桥梁结构进行计算时,在正确使用的前提下得到的结果也会有所不同,有时也不小。虽然不排除个别软件的问题,但总的来说,不是软件本身的问题,而是不同软件采用不同计算方法的结果。即,即使是常规的计算分析,计算方法也不完全成熟。对于自重效应、临时荷载效应、人车活载效应、温度效应等计算方法,应该说已经非常成熟,不同软件的计算结果基本相同。然而,例如,混凝土收缩和蠕变效应、预应力损失、非线性效应等不被认为是成熟的计算方法。(安装桥梁防撞装置,为桥梁和船舶保驾护航)

有人可能会说,温度效应的计算不准确,是不是不成熟?事实上,温度效应计算的不准确是桥梁结构计算分析中的重要问题之一。但这并不是因为温度效应的计算方法本身还不成熟,而是因为结构内部的温度场无法准确地得到,或者温度场的计算方法或试验方法还不成熟。

3、混凝土徐变效应(固定式复合材料桥梁防撞设施)

混凝土的蠕变与结构的弹性变形和时间有关,一般地,蠕变变形和弹性变形是非线性的,但非线性蠕变理论仍处于探索阶段,不能应用于工程计算,线性蠕变理论也在工程中应用。本文不涉及非线性蠕变理论。

蠕变效应的计算包括两个方面,一是蠕变系数的计算方法,二是时变应变条件下蠕变效应的计算方法。

关于徐变系数的计算,桥梁设计规范中采用了计算公式和图表。例如,在中国公路桥梁设计规范中,1985年版规范采用国际预应力混凝土协会FIP于1978年提出的公式和图表,2004年版采用FIP于1990年提出的公式和图表,刚刚发布了《公路桥梁设计规范》(JTG3362-2018)。还使用FIP-1990方程式和曲线图,但加入温度校正和添加剂校正。我国《铁路桥梁设计规范》1985年版没有关于徐变系数计算的规定。1999年、2005年和2017年版规范给出了附录中蠕变二次内力计算方法,采用fip-1978公式和图表。当使用这些公式和图形来计算软件时,必须用数学表达式来拟合这些图形,不同软件的拟合方程的精度也不同。(桥梁防撞设施的主要材料)

对于时变应变下蠕变效应的计算方法,不同的软件有很大的不同。在桥梁结构施工过程中,结构内部的弹性应变是时间变化的函数,当弹性变形为常数时,结构的蠕变变形是随时间变化的。当弹性变形也是时间函数时,如何计算这种双重时变效应?不同的软件会采用不同的方法,所以沉降结果会有所不同,有时差异不小。

除上述计算方法外,混凝土徐变和收缩效果的计算方法至少有10个,各种方法计算结果不同,所有方法均包括上述规范方法,一般不接受比其他方法更准确的方法。

单个桥墩安装完固定式复合材料桥梁防撞设施的效果图

4、混凝土收缩效应(固定式钢覆复合材料桥梁防撞设施)

混凝土收缩也是一个时变因素,一般与徐变计算进行比较,并给出计算方法。例如,FIP还给出了收缩徐变的计算公式,我国公路桥梁设计规范也提到了计算收缩效应的计算公式。但我国《铁路桥梁设计规范》没有收缩应变的计算方法,不同的计算软件可能采用不同的计算方法,导致计算结果不同。(胜特复合材料桥梁防撞设施有什么优点)

同样,迄今为止还没有计算收缩的时变效应的方法,这被认为是更好的方法,并且计算的结果与测试值在间隙中。

5、混凝土徐变效应与其他效应的交互影响(自浮式复合材料桥梁防撞设施)

由于混凝土徐变的时变特性,它将与其他时变效应相互作用。例如,在静态确定的混凝土结构中,混凝土收缩会导致次内力(即内力重分布)。至于二次内力,可见本系列文章中的“朔桥6号”和“朔桥7号”改变了结构的应力应变,进而影响结构的蠕变效应。同样,结构的蠕变效应也会影响结构收缩的内力,即,它将释放收缩二次内力的一部分,从而形成相互影响。桥梁基础的不均匀沉降会随着时间的推移而发生,这会引起结构的次内力。混凝土的蠕变效应也受到二次内力的影响,蠕变也释放了一部分沉降二次内力,产生了相互作用效应。

对于这种相互作用的计算,有些软件没有考虑,而且由于各因素本身计算的不确定性,相互作用的计算也存在偏差。

自浮式复合材料桥梁防撞设施已经安装在南海明珠大桥上

6、预应力损失计算(自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施)

表面上,预应力筋的应力损失计算似乎非常成熟,但从以往的分析中可以很容易地得出,混凝土收缩、徐变和应力松弛引起的应力损失随时间变化的计算尚不成熟和近似,而且两者之间也存在相互作用。不仅如此,由于预应力的时变损失,预应力的初效和次效都会具有时变特性,因此也会与结构的收缩徐变效应相互作用。这种计算交互的方法仍然是不成熟的。

7、计算精度问题(胜特桥梁防撞设施详细分析)

传统的设计计算问题过去很简单,现在已经不那么传统了,误差也不是很小。那么,目前这些计算误差有多大呢?这是一个更难回答的问题。首先,我们可以知道误差是相对的,绝对值是永远不可能知道的。一般将计算值与试验值进行比较,以确定计算误差。试验人员都知道,对于混凝土结构,即使在已知荷载作用下,当结构处于弹性状态时,计算值与实测值的误差也将达到5%≤20%左右。比较混凝土的收缩徐变效应,误差较大。(桥梁防撞设施的种类)

因此,不要认为常规计算是非常精确的,并且不要将规范的限制用于极值,因为您不知道计算错误的大小。虽然目前设计规范的制定也考虑了计算误差的随机性,但并不意味着考虑了所有的误差,因此有必要留有余地。

此外,某些规范中的限制不一定是合理的,例如,对于实际项目中根本不能找到的具有毫米级精度要求的蠕变变形极限,只能是纸张上的数据,并且用该软件进行了限定,改变软件计算是不可接受的,而另一个软件可能更可能是较大的间隙。 

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