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桥梁三维预应力空间分析系统
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内容提示：众所周知，连续刚构桥的计算多年来一直停留在平面分析上，即使做作空间分析也是局部作，如零号块空间分析、锚下局部应力分析等，极少作全结构仿真分析。对于连续刚构桥，结构计算采用平面分析加局部空间分析设计上基本够用，但对于预应力计算，竖向预应力不能和纵向预应力整体计算，一直是缺陷。目前已建成的一些大跨径连续刚构桥中出现了裂缝，别的原因姑且不论，结构整体预应力效应分析不够肯定是原因之一。近几年开始出现弯连续
众所周知，连续刚构桥的计算多年来一直停留在平面分析上，即使做作空间分析也是局部作，如零号块空间分析、锚下局部应力分析等，极少作全结构仿真分析。对于连续刚构桥，结构计算采用平面分析加局部空间分析设计上基本够用，但对于预应力计算，竖向预应力不能和纵向预应力整体计算，一直是缺陷。目前已建成的一些大跨径连续刚构桥中出现了裂缝，别的原因姑且不论，结构整体预应力效应分析不够肯定是原因之一。近几年开始出现弯连续刚构桥，其计算问题尤其是三向预应力计算更没有很好地解决。（参考《建筑中文网》）
BridgeKF系统正是在这种背景下立项开发研制的，它是交通部跨世纪人才项目“连续刚构桥预应力仿真分析系统的研究”的科研成果。BridgeKF系统的成功开发弥补了目前国内三向预应力计算分析的空白，意义较大。应用BridgeKF系统分析连续刚构桥，认识会更加深刻，很多问题的解决不必停留在经验上，而是通过实实在在的数据分析上。尤其对曲线连续刚构的分析，BridgeKF系统更是提供了有利的计算工具。
BridgeKF系统是一个有限元综合分析系统。它的核心单元采用空间8节点实体单元，可以有效地模拟各种复杂结构，如空心板、 T梁、箱梁及横隔板、加腋部分；如三叉结构、锚碇等。BridgeKF系统的特点是专业性强，尤其是结构预应力分析，无论建模还是计算均能体现桥梁结构的特殊要求，如预应力与结构耦合作用机理，比现有程序、系统的处理方法更接近于实际情况。应该说，结构预应力（三向）分析是BridgeKF系统的主要特点，是该项目的主要创新之处。此外，实体单元可以分阶段计算预应力也是BridgeKF系统的特色。
BridgeKF系统的建模目前以梁式桥为主，其建模基本思想是首先建立结构定位线，然后选择横断面模板类型或自行绘制横断面，经过计算即可形成所需计算模型。BridgeKF系统对常见弯坡斜和闭合桥梁结构都能较快地生成计算模型，尤其是连续刚构建模更为方便。利用系统中截面过渡功能，选择n次抛物线过渡可以一次性修改连续刚构纵向底板线形。此外利用系统中直线 缓和曲线 圆曲线 缓和曲线 直线功能可以方便地建立桥梁平曲线定位线。除结构建模外，预应力建模也很重要。在这方面，BridgeKF系统同样出色。总之与国际上通用程序相比,BridgeKF系统建模更专业、更方便。
过去结构采用空间8节点实体单元计算，最大的问题是计算时间过长，输出数据庞大难以处理。现在，计算机性能无论速度还是容量都较从前有较大改善，而且随着发展会越来越好。就目前计算机性能来看，在奔腾 2.3GHZ的微机上，计算2400个节点、1400个单元、分8个阶段、16根预应力的结构仅用时间二十几秒。计算2万节点的题目也就二十几分钟。从BridgeKF系统的验证情况看，完全适用于实际桥梁结构的计算。
BridgeKF系统主要功能如下：
1.利用系统中Group模型计算分析桥梁预应力和钢筋混凝土结构。结构形式可以是弯、坡、斜或弯坡斜组合结构，如斜弯桥等。桥梁平曲线线形包括公路线形中的所有形式，如圆曲线、缓和曲线和复曲线。
2.利用系统中网格模型计算分析桥梁中异形块，如三叉结构或不能用一根定位线定位的结构。网格模型解决的是特殊问题，其建模比Group模型相对要复杂。由于同样可以计算预应力，网格模型有应用价值。
3.桥梁计算的截面形式不受限制。即可以是等截面也可以是变截面。变截面包括直线变化和n次抛物线变化（自动形成）。系统形成截面有两种方法：⑴通过绘图工具绘制；⑵通过模板形成。模板中横断面形式包括箱、 T、空心板等常见结构形式。
4.在计算结构中可以添加横隔板、桥墩、系梁。横隔板针对箱、 T梁结构；桥墩、系梁针对连续刚构。利用横隔板功能可以模拟箱梁上下齿板结构。桥墩结构分实心、空心两种。如有桥墩，在上部结构建模时应考虑其位置。
5.计算结构中任意方向预应力。施加预应力时可以按纵、横、竖三个方向，也可以纵横竖三个方向组合。对梁式结构的预应力计算，特别是连续刚构三向预应力计算较为方便。预应力输入方法为导线点法和G1线法。
6.利用空间实体单元模拟桥梁施工过程，如先简支后连续施工方法或悬臂施工方法等。在分阶段模拟过程中，外力、温度、预应力等均可以分阶段上。
7.在计算中程序考虑了如下荷载：⑴体系调整；⑵张拉预应力钢束；⑶结构自重；⑷集中力；⑸分布力；⑹强迫位移；⑺温度；⑻收缩徐变。其中，温度、收缩徐变均同样按空间结构计算，且收缩徐变对预应力损失自动计算。
8.系统前处理建模主要功能：⑴绘图部分：绘直线、圆曲线、抛物线和悬链线；⑵自动求结构交点；⑶openGL三维图形显示；⑷分阶段、分截面、分截面体显示结构；⑸图形加外力、位移、温度等；9.系统后处理主要功能：⑴横断面显示截面应力、位移；⑵结构纵向点显示截面应力、位移；⑶结构内力、应力、位移最大、最小值。
目前BridgeKF系统的开发已经完成。BridgeKF系统经过验证和适用，稳定可靠。
来源: 《建筑中文网》.原文网址：http://www.pipcn.com/research/200610/1968.htm
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