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15. 结构静力分析

15.1 施工阶段分析​

详见9.8 施工阶段、10.2 施工阶段设置。

15.2 运营阶段分析​

详见10.3 运营阶段设置。

15.3 沉降工况分析​

桥通软件做支座沉降分析的步骤如下：

1、 在“荷载>支座沉降>支座沉降组”中定义支座荷载沉降组（同时下沉的支座）以及各支座的沉降量；

2、 在“荷载>支座沉降>支座沉降荷载工况”中定义各支座沉降组所属的荷载工况；

3、“荷载>支座沉降>并发反力组”可定义沉降分析需输出完全并发反力的支座节点号；

4、 点击“分析>运行分析”，或快捷键进行结构分析；

5、 分析成功后，通过“结果>图形”或“结果>表格”查看各工况极值结果，或通过“结果>表格>并发反力”查看各工况的完全并发支反力结果；或通过“结果>表格>内力>梁单元自并发内力”，以查看各工况自身并发梁单元内力结果。

6、 详见9.9 支座沉降。

15.4 移动荷载工况分析​

桥通软件可分析火车、汽车、轻轨、人群、横向活载等移动荷载作用下，结构的最不利节点位移、单元内力应力、支座反力、弹性连接力、约束方程力。

  • 纵向移动荷载分析前应完成建立结构整体模型、移动荷载分析设置等必要步骤，主要操作流程为：

    1) 在“荷载>纵向移动荷载>车辆”中定义车辆荷载

    2) 在“荷载>纵向移动荷载>节点纵列”中定义节点纵列

    3) 在“荷载>纵向移动荷载>影响面”中定义影响面

    4) 在“荷载>纵向移动荷载>标准车道定义”中定义标准车道或优化车道

    5) 在“荷载>纵向移动荷载>移动分析工况”中定义移动分析工况

    6) 在“分析>纵向移动荷载”中设置移动荷载分析选项

    7) 在“荷载>纵向移动荷载>数据校验”中进行移动荷载数据校验

    8) 点击“分析>运行分析”，或快捷键

    进行结构分析；

    9) 分析成功后，通过“结果>图形”或“结果>表格”查看各工况极值结果图形或表格。在“梁单元内力结果表格”和“支反力结果表格”中，单击右键选择“显示最大值”，以查

    10) 看梁单元内力、支反力的自身并发结果（同时发生的本单元/本支座的结果）。

  • 横向移动荷载分析前应完成建立横向模型、施工计算等必要步骤，主要操作流程为：

    1) 在“荷载>横向移动荷载>车辆”中定义车辆荷载

    2) 在“荷载>移动荷载>车道”中定义车道

    3) 在“荷载>移动荷载>移动分析工况”中定义移动荷载工况

    4) 在“分析>移动荷载”中设置移动荷载分析选项

    5) 点击“分析>运行分析”，进行结构分析

    6) 分析成功后，通过“结果>图形”或“结果>表格”查看各工况极值结果图形或表格。在“梁单元内力结果表格”和“支反力结果表格”中，单击右键选择“显示最大值”，以查看梁单元内力、支反力的自身并发结果（同时发生的本单元/本支座的结果）。

🧐注：移动荷载内容详见9.5 移动荷载。

15.4.1 移动荷载规范​

在定义移动荷载前，首先从移动荷载分析数据>移动荷载规范中选择相应规范。对于纵向移动荷载，程序目前提供中国桥梁通用规范。对于横向移动荷载，软件提供不受规范限制的横向移动荷载，主要用来分析车辆荷载在桥梁结构横向不同位置加载时的局部效应。

当选择不同的规范时，所有与移动荷载相关的功能将自动对应改变，且删除之前规范的相关功能设置。若误切换导致已设置功能被删除，请使用撤销功能回退。

移动荷载规范选择 移动荷载规范选择

移动荷载规范选择 移动荷载规范选择

15.4.2 荷载分布宽度工具​

该工具用于计算单向板荷载分布宽度。用户需先建立横向计算模型。

荷载分布宽度工具 荷载分布宽度工具

  • 设计规范

    软件内置《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)》，《城市桥梁设计规范(2019版)(CJJ 11-2011)》两本规范的车辆荷载参数。图示如下：

    《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)》车辆荷载 《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)》车辆荷载

    《城市桥梁设计规范(2019版)(CJJ 11-2011)》车辆荷载 《城市桥梁设计规范(2019版)(CJJ 11-2011)》车辆荷载

  • 车辆荷载

    软件考虑单个车轮作用和两个车轮作用重叠的情况,取效应大者。

    《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)》最大单轮重P1取70kN，最大双轮重P2、P3取70kN,70kN，轴间距取1.4m,垂直板跨方向车轮着地长度a1取0.2m，平行板跨方向车轮着地宽度b1取0.6m。

    《城市桥梁设计规范(2019版)(CJJ 11-2011)》最大单轮重P1取100kN，最大双轮重P2、P3取70kN,70kN，轴间距取1.2m，垂直板跨方向车轮着地长度a1取0.25m，平行板跨方向车轮着地宽度b1取0.6m。用户可根据需要修改轮重P1，P2，P3，轴间距D及a1，b1值。P2,P3可不相等。

  • 其他参数

    桥面铺装厚度h默认值为0.1m。用户使用时需确认。

  • 结构信息

    用户通过点选顶板范围的起始节点和终止节点确定顶板范围。软件自动识别顶板宽度、悬臂长度、腹板厚度(水平投影)及箱室宽度，均为水平投影长度。箱室范围对应板厚为范围内最小的板厚,腹板范围对应板厚为两侧箱室对应板厚中的较小者；悬臂范围对应板厚为悬臂根部厚度及悬臂端部厚度两个值。

    软件自动计算板宽度及对应顶板厚度并显示，便于用户进行校核。该值不支持修改。

  • 荷载分布宽度

    车辆纵桥向布置及结构相关内容填写正确后，单击“计算分布宽度值”按钮，软件将自动计算分布宽度。

    结果以水平距离和节点号两种形式给出计算结果，便于用户与其他软件交互使用。

    软件按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 3362-2018)》4.2.3条，4.2.5条，及4.2.5条条文说明分别计算顶板各位置处对应的单轮分布宽度和双轮分布宽度，输出在结果表格中，并进行示意图绘制。

    • 荷载值：
      • 根据荷载位置的不同，规范要求不同。当无需考虑车轮分布重合，则结果表中的荷载值为 P1单轮分布宽度a\frac{P_{1}}{\text{单轮分布宽度}a} ；
      • 当需要考虑车轮分布重合，荷载值为按照单轮分布宽度a和双轮分布宽度a分别计算荷载值，即 P1单轮分布宽度a\frac{P_{1}}{\text{单轮分布宽度}a} 与 P2+P3双轮分布宽度a\frac{P_{2}+P_{3}}{\text{双轮分布宽度}a} 作比较，两者取大值。
      • 当车轮位于支承处或支承附近处：无需考虑车轮分布重合；
      • 当车轮位于跨中位置：需考虑车轮分布重合；
      • 当车轮位于悬臂位置：lc≤2.5mlc ≤ 2.5m 时，参考AASHTO 规范中对于悬臂板荷载分布宽度的计算公式，考虑车轮分布重合；lc≤2.5mlc ≤ 2.5m 时，规范推荐采用附录沙柯公式，该公式直接计算弯矩值，故软件显示的荷载分布宽度由弯矩值反算出来，不涉及是否考虑车轮分布宽度重合的问题。
      • 荷载比例系数= 荷载值最大单轮重P1\frac{\text{荷载值}}{\text{最大单轮重}P_{1}}。该值用于填入结构计算中定义“横向移动荷载>车道线”中，荷载比例系数表。同时在“横向移动荷载>车辆定义”中，车轮荷载需输入此处的最大单轮重P1，才可正确进行横向影响线加载。

15.4.3 结果输出​

  • n 软件支持输出：
    • 节点位移、梁单元内力/应力、杆单元内力/应力、索单元内力/应力、壳单元内力/应力、支承反力、约束方程力、弹性连接力的活载最不利极值；
    • 支持输出梁、杆、索单元内力的自身并发结果（如某单元I端发生最大轴力Fx时，该单元同时发生的其他内力分量）；
    • 支反力的自身并发结果；
  • n 具体输出与以下设置相关：
    • 程序只计算“移动荷载分析设置-计算选项”中已选择的节点、单元、弹性连接和约束方程的相关结果。
    • 输出的结果工况与“移动荷载分析工况-是否保存子工况结果”相关。如未勾选，则只输出该活载工况的合计结果（各子工况的判别叠加），包括最大、最小和包络三项结果；如勾选，则除合计结果外，还分别输出各子工况的最大、最小和包络三项结果。

15.4.4 活载计算注意事项​

  • 影响面由一个节点纵列组成，采用梁单元形函数加密，该影响面上所有车道不能超出该节点纵列上梁单元的截面宽度的最小值；
  • 影响面由多个节点纵列组成，采用壳单元形函数加密（结构可以没有壳单元），影响面进行加密时，找到节点纵列上离计算点最近的四个点，进行线性插值，得到计算点位置的结果，所以为了保证计算结果的精确性，需要把影响面上纵向的点都定义为节点纵列，形成影响面；

  • 同一个影响面才会计算横向车道折减系数；
  • 同一影响面，不同公路车道之间中心线间距须大于等于3.1m，若小于则会被忽略。
  • 公规中，计算剪力效应时，集中荷载乘以1.2的系数，支反力和位移没有考虑1.2的系数，单元内力考虑了1.2的系数。

15.5 弹性屈曲（稳定）分析​

桥通软件做弹性屈曲（稳定）分析的步骤如下：

  • 1、建立模型。注意：执行屈曲分析可以不建立施工阶段，此时分析类型默认为“线性”。
  • 2、 建立需要在稳定计算中考虑的附加荷载工况。注意：附加工况中，节点集中荷载，单元集中荷载和单元均布荷载有效，其余荷载类型无效。
  • 3、在“分析 >屈曲分析 ”中进行弹性屈曲分析设置，详见10.6节。
  • 4、 点击计算，成功后可在“结果 >自振及屈曲分析 ”中查看图形和表格结果。详见11.3节。

注意，计为可变荷载的有效荷载总数（包括自重和其它工况）必须大于0，否则计算报错；若结构无受压构件，理论上不会发生屈曲，因此不输出屈曲计算结果。

15.6 线性/非线性分析​

在桥通软件中，做施工阶段分析、运营附加荷载分析时，均可以考虑线性或者几何非线性，移动荷载分析则只能考虑线性。

  • 具体步骤如下：

    1、在“分析>施工阶段>分析选项”中定义分析类型为线形/非线性。

    施工阶段设置中关于线性/非线性分析选项 施工阶段设置中关于线性/非线性分析选项

    2、在“分析>非线性”中设置非线性分析相关计算参数。

    非线性分析设置 非线性分析设置

  • 非线性设置

    几何非线性：全模型采用完全的几何非线性算法进行分析。

    只有索单元采用悬链杆系单元分析：除索单元采用悬链杆系单元分析外，其余单元采用线性分析。

  • 计算方法

    选择非线性分析求解方法，包括牛顿-拉斐逊方法、修正的牛顿-拉斐逊方法。

  • 荷载加载步数

    按照步数将荷载逐步加载。

  • 最大迭代次数

    为使计算收敛，每个加载步骤内允许的最大反复计算次数。

  • 位移迭代相对精度

    输入位移标准的收敛控制精度。

  • 内力迭代相对精度

    输入内力标准的收敛控制精度。

🧐注意事项：

  • 各类分析的设置原则

    • 只有两个地方可以设置是否考虑非线性，施工阶段及活载

    • 运营阶段除活载之外的分析类型与施工阶段一致，不可单独设置；

    • 活载分析单独设置，其设置级别低于施工阶段

      即：施工阶段为线性分析时，活载只能选择线性分析；

      施工阶段为非线性分析时，活载可选线性或非线性；

      施工阶段（线性）运营阶段（线性）
      移动荷载（线性）
      施工阶段（非线性）运营阶段（非线性）
      移动荷载（线性or非线性）

    • Ø 活载分析：(1)线性计算：采用影响面插值计算结构响应；（2）非线性计算：通过影响面确定最不利加载位置，采用非线性计算活载效应。

  • 非线性分析设置，若选择“索单元采用悬链杆系单元”，索单元将采用悬链线单元刚度矩阵，其他单元采用线性刚度矩阵（其他单元计算总刚的时候，不考虑几何变形，但是仍然参与非线性迭代）。

  • 边界非线性：若结构中有单向弹性连接（仅受拉or仅受压），单向弹性支承（仅受拉or仅受压），桥通自动采用边界非线性计算。

15.7 续算分析​

  • 功能：在模型计算成功且已获得结果后，若修改了某个施工阶段参数，可通过续算功能从该施工阶段开始重新计算，避免重复计算未修改的施工阶段。亦可针对运营阶段进行续算。

  • 命令：

    从主菜单中选择“分析”>“接续分析”;

接续分析窗口操作 接续分析窗口操作

  • 输入

  • 施工阶段续算

    选择开始续算的施工阶段。

  • 重新计算运营荷载

    重新计算所有运营荷载。

  • 活载及轨道形位续算设置

    重新计算活载以及轨道形位。

15.8 施工阶段结果预警分析​

桥通软件的施工阶段结果预警分析模块，能够针对指定的多个施工阶段、指定的构件（节点、单元、支座、弹性连接等），由用户设定构件的合理受力范围，一旦构件的内力、应力、反力等超出范围，程序将立即报警。以帮助用户提高监控效率，确保施工安全。具体流程如下：

  1. 建立模型，定义施工阶段，并完成施工阶段计算分析。或者打开一个已存在施工阶段结果的模型。
  2. 若模型本身已存在预警设置，程序提示用户选择“是否进行施工阶段预警分析”，选择是则开始进行预警分析。否则，应打开“结果>施工阶段预警>预警设置”，设置预警项，详见11.1.20，点击确定即开始进行预警分析。
  3. 分析完成，如存在超限项，程序将立即报警，并提示用户查看预警结果，如确定查看，则自动打开预警结果表格；结果表格被关闭，可通过“结果>施工阶段预警>预警结果”再次打开。详见11.1.21。
  4. 通过“结果>施工阶段预警>预警显示”可在模型图形区域查看结果。详见11.1.22。
  5. 可根据需要打开“结果>施工阶段预警>生成检算工况”，对钢筋混凝土构件及预应力钢筋混凝土构件进行详细检算。详见11.1.23。