桥梁工程专业常用分析软件、相关计算
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桥梁工程常用专业分析软件及 结构验算相关计算
一、有限元分析的基本步骤
图1-4支墩坝的离散化
图1-5平面问题三角形单元
在连续介质中，互相连接的点是无限的，具有无限个自由度，数值 解法难以进行。有限单元法把杆系结构的矩阵分析方法推广应用于连 续介质，把连续介质离散化，用有限个单元的组合代替原来的连续介 质，这样一组单元只在有限个结点上相互连结，因而只包含有限个自 由度，可用矩阵方法进行分析。
有限元法分析步骤如下：
n 1)用虚拟的直线把介质分割成三角形单元，直线为单元边 界，直线交点为单元结点；
n 2)假定各单元在结点上互相铰结，结点位移为基本未知量； n 3)选择一个函数，用单元三个结点的位移唯一的表示单元
内任一点的位移，此函数为位移函数； n 4)通过位移函数，用结点位移唯一的表示单元内任一点的
n 软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处 理模块。
n 前处理模块提供强大的实体建模及网格划分工具；
n 分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析 和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场 分析、电压分析等，具有灵敏度分析及优化分析能力；
n 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢 量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示 等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显 示或输出。软件提供了100 种以上的单元类型，用来模拟工 程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行 在从个人机到大型机，如PC、SGI、HP、SUN、DEC、 IBM、CRAY等多种计算机设备上。
n 《桥梁通（上部）CAD》是西安方舟计算公司继“桥梁通 CAD”之后，在桥梁设计方面的又一力作，该软件主要针 对桥梁上部设计和绘图，和桥梁通CAD相结合，是桥梁设 计方面全面的一体化解决方案，结合桥梁通CAD，用户可 以方便快捷的完成桥梁设计，极大的提高设计效率，降低 工作强度。
2.4 其他计算程序
n 2.斜、弯和异型桥梁：1)采用平面梁格系分析各种平面斜、弯和异型 结构桥梁的恒载与活载的结构响应。2)系统考虑了任意方向的结构边 界条件，自动进行影响面加载，并考虑了多车道线的活载布置情况， 用于计算立交桥梁岔道口等复杂的活载效应。最终可根据用户要求， 对结构进行配筋和验算。
n 3.基础计算：1)整体基础：进行整体基础底应力验算，基础沉降计算 及基础稳定性验算。2)单桩承载力：计算地面以下各深度处单桩容许 承载力。3)刚性基础：计算刚性基础的变位及基础底面和侧面土应力。 4)弹性基础：计算弹性基础的变形、内力及基底和侧面土压力；对于 多排桩基础可分析各桩的受力特征。
例1 单跨拱桥
例2 简支T梁
例3 悬臂法施工阶段分析
2.3 桥博软件分析功能
n 桥梁博士分析软件是上海同豪土木咨询公司开发的桥梁工程专业计算 软件。自1995年投向市场以来设计计算了钢筋混凝土及预应力混凝土 连续梁、刚构、连续拱、桁架梁、斜拉桥等多种桥梁。系统的主要功 能如下：
n 1..直线桥梁：1)能够计算钢筋混凝土、预应力混凝土、组合梁以及钢 结构的各种结构体系的恒载与活载的各种线性与非线性结构响应。2) 对于带索结构可根据用户要求计算各索的一次施工张拉力或考虑活载 后估算拉索的面积和恒载的优化索力。3)活载类型包括公路汽车、挂 车、人群、特殊活载、特殊车列、铁路中—活载、高速列车和城市轻 轨荷载。4)可按照用户的要求对各种构件和预应力钢束进行承载能力 极限状态和正常使用极限状态及施工阶段的配筋计算或应力和强度验 算，并根据规范限值判断是否满足规范。
n BPT配筋程序
2.4 其他计算程序
n BPT配筋程序STEP1 单位KN、m
新老桥拼接三维仿真有限元模型
CFL应力云图
跨中应力云图（CFL未示出）
2.2 MIDAS软件分析功能
n MIDAS Family Program是以POSCO集团 成立以来所积累的以机械、建筑和土木部 门的结构设计技术为基础，并在多位教ຫໍສະໝຸດ Baidu 和工程技术人员的帮助下制作出来的。
n MIDAS Family Program软件系列包括 MIDAS CIVIL（适用于土木工程）、 MIDAS GTS（适用于隧道工程）、MIDAS Building（适用于建筑工程）、MIDAS FEmodeler（适用于有限元仿真分析）、 MIDAS Gen(土木、建筑部门通用结构分析 以及优化设计系统)。
应变。再利用广义虎克定律，用结点位移可唯一的表示单 元内任一点的应力； n 5)利用能量原理，找到单元内部应力状态等效的结点力。 再利用单元应力与结点位移的关系，建立等效结点力与结 点位移的关系。 n 6)将每一单元所承受的荷载，按静力等效原则移置到结点 上； n 7)在每一结点建立用结点位移表示的静力平衡方程，得到 一个线性方程组。解出这个方程组，求出结点位移。然后 可求得每个单位的应力。
各种平面单元和空间单元
表1- 1各种平面单元
表1-2各种空间单元
二 桥梁工程常用 专业分析软件
2.1 ANSYS软件分析功能
n ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一 体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析 软件公司之一美国ANSYS公司开发，它与多数CAD软件接 口，实现数据共享和交换，如Algor、 AutoCAD等，是现代 产品设计中的高级CAD工具之一。
16米预应力空心板的计算
2.4 其他计算程序
n 桥梁通由西安方舟交通科技有限责任公司研发。分为桥梁 通（上部）和桥梁通（下部）。
n 《公路桥梁计算机辅助设计系统》--桥梁通CADV7.0，主 要用于公路桥梁初步设计和施工图设计阶段的设计，符合 我国现行公路测设技术标准和规范，能直接投入生产应用。 用户仅需对桥梁结构输入一些必要的参数，计算机即可自 动完成对桥梁下部结构的设计、计算、验算、复核，生成 详细的计算书，并绘制桥梁方案图和细部施工设计图纸， 计算钢筋明细和材料数量。对桥梁进行多方案比选，优化 设计，以降低工程造价。
一、有限元分析的基本步骤
图1-4支墩坝的离散化
图1-5平面问题三角形单元
在连续介质中，互相连接的点是无限的，具有无限个自由度，数值 解法难以进行。有限单元法把杆系结构的矩阵分析方法推广应用于连 续介质，把连续介质离散化，用有限个单元的组合代替原来的连续介 质，这样一组单元只在有限个结点上相互连结，因而只包含有限个自 由度，可用矩阵方法进行分析。
有限元法分析步骤如下：
n 1)用虚拟的直线把介质分割成三角形单元，直线为单元边 界，直线交点为单元结点；
n 2)假定各单元在结点上互相铰结，结点位移为基本未知量； n 3)选择一个函数，用单元三个结点的位移唯一的表示单元
内任一点的位移，此函数为位移函数； n 4)通过位移函数，用结点位移唯一的表示单元内任一点的
n 软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处 理模块。
n 前处理模块提供强大的实体建模及网格划分工具；
n 分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析 和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场 分析、电压分析等，具有灵敏度分析及优化分析能力；
n 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢 量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示 等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显 示或输出。软件提供了100 种以上的单元类型，用来模拟工 程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行 在从个人机到大型机，如PC、SGI、HP、SUN、DEC、 IBM、CRAY等多种计算机设备上。
n 《桥梁通（上部）CAD》是西安方舟计算公司继“桥梁通 CAD”之后，在桥梁设计方面的又一力作，该软件主要针 对桥梁上部设计和绘图，和桥梁通CAD相结合，是桥梁设 计方面全面的一体化解决方案，结合桥梁通CAD，用户可 以方便快捷的完成桥梁设计，极大的提高设计效率，降低 工作强度。
2.4 其他计算程序
n 2.斜、弯和异型桥梁：1)采用平面梁格系分析各种平面斜、弯和异型 结构桥梁的恒载与活载的结构响应。2)系统考虑了任意方向的结构边 界条件，自动进行影响面加载，并考虑了多车道线的活载布置情况， 用于计算立交桥梁岔道口等复杂的活载效应。最终可根据用户要求， 对结构进行配筋和验算。
n 3.基础计算：1)整体基础：进行整体基础底应力验算，基础沉降计算 及基础稳定性验算。2)单桩承载力：计算地面以下各深度处单桩容许 承载力。3)刚性基础：计算刚性基础的变位及基础底面和侧面土应力。 4)弹性基础：计算弹性基础的变形、内力及基底和侧面土压力；对于 多排桩基础可分析各桩的受力特征。
例1 单跨拱桥
例2 简支T梁
例3 悬臂法施工阶段分析
2.3 桥博软件分析功能
n 桥梁博士分析软件是上海同豪土木咨询公司开发的桥梁工程专业计算 软件。自1995年投向市场以来设计计算了钢筋混凝土及预应力混凝土 连续梁、刚构、连续拱、桁架梁、斜拉桥等多种桥梁。系统的主要功 能如下：
n 1..直线桥梁：1)能够计算钢筋混凝土、预应力混凝土、组合梁以及钢 结构的各种结构体系的恒载与活载的各种线性与非线性结构响应。2) 对于带索结构可根据用户要求计算各索的一次施工张拉力或考虑活载 后估算拉索的面积和恒载的优化索力。3)活载类型包括公路汽车、挂 车、人群、特殊活载、特殊车列、铁路中—活载、高速列车和城市轻 轨荷载。4)可按照用户的要求对各种构件和预应力钢束进行承载能力 极限状态和正常使用极限状态及施工阶段的配筋计算或应力和强度验 算，并根据规范限值判断是否满足规范。
n BPT配筋程序
2.4 其他计算程序
n BPT配筋程序STEP1 单位KN、m
新老桥拼接三维仿真有限元模型
CFL应力云图
跨中应力云图（CFL未示出）
2.2 MIDAS软件分析功能
n MIDAS Family Program是以POSCO集团 成立以来所积累的以机械、建筑和土木部 门的结构设计技术为基础，并在多位教ຫໍສະໝຸດ Baidu 和工程技术人员的帮助下制作出来的。
n MIDAS Family Program软件系列包括 MIDAS CIVIL（适用于土木工程）、 MIDAS GTS（适用于隧道工程）、MIDAS Building（适用于建筑工程）、MIDAS FEmodeler（适用于有限元仿真分析）、 MIDAS Gen(土木、建筑部门通用结构分析 以及优化设计系统)。
应变。再利用广义虎克定律，用结点位移可唯一的表示单 元内任一点的应力； n 5)利用能量原理，找到单元内部应力状态等效的结点力。 再利用单元应力与结点位移的关系，建立等效结点力与结 点位移的关系。 n 6)将每一单元所承受的荷载，按静力等效原则移置到结点 上； n 7)在每一结点建立用结点位移表示的静力平衡方程，得到 一个线性方程组。解出这个方程组，求出结点位移。然后 可求得每个单位的应力。
各种平面单元和空间单元
表1- 1各种平面单元
表1-2各种空间单元
二 桥梁工程常用 专业分析软件
2.1 ANSYS软件分析功能
n ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一 体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析 软件公司之一美国ANSYS公司开发，它与多数CAD软件接 口，实现数据共享和交换，如Algor、 AutoCAD等，是现代 产品设计中的高级CAD工具之一。
16米预应力空心板的计算
2.4 其他计算程序
n 桥梁通由西安方舟交通科技有限责任公司研发。分为桥梁 通（上部）和桥梁通（下部）。
n 《公路桥梁计算机辅助设计系统》--桥梁通CADV7.0，主 要用于公路桥梁初步设计和施工图设计阶段的设计，符合 我国现行公路测设技术标准和规范，能直接投入生产应用。 用户仅需对桥梁结构输入一些必要的参数，计算机即可自 动完成对桥梁下部结构的设计、计算、验算、复核，生成 详细的计算书，并绘制桥梁方案图和细部施工设计图纸， 计算钢筋明细和材料数量。对桥梁进行多方案比选，优化 设计，以降低工程造价。