桥 梁 电 算
课程讲义
编者：张宇辉
第一章 绪论
1.1 课程与职业的关系（重要性）
1.2 课程的特点（难点）
1.3 学习目的
1.4 学习内容
1.5 学习要求
2.2 桥梁博士Dr.bridge
2.3 迈达斯Midas Civil
2.4 Ansys
2.5 其它
2.6 工程实例演示
第三章 桥梁数值计算分析
3.1 建模
3.2 桥梁荷载介绍
3.3 桥梁计算分析
3.4 桥梁作用效应组合
3.5 桥梁正常使用极限状态验算（自学）
3.6桥梁承载能力极限状态验算（自学）
第四章 上机实践
4.1 简支梁桥建模
4.2 拱桥建模加载
4.3 预应力混凝土梁桥施工阶段分析
摒弃精致的利己主义第一章绪论
挂壁式电视 1.1 课程与职业的关系（重要性）
1.2 课程的特点（难点）
1.3 学习目的
1.4 学习内容
1.5 学习要求
1.1 课程与职业的关系（重要性）
1 直接相关：本课程将直接应用于以后的生产实践。（读研、就业）
2 针对性：不同的专业，使用的软件不同，对结构设计的要求不同。
3 广泛性：无论以后从事何种职业，都或多或少都会用到本门课程的相关知识。（科研、设计、施工）
1.2课程的特点（难点）
1 深厚的理论知识
2 实践性强
只有通过实践解决实际问题，才能学会。
1.3学习目的
•掌握桥梁结构分析的基本理论
•了解桥梁结构分析的一般流程
•初步了解计算分析软件Midas
1.4 学习内容
•常用桥梁计算软件概述
•Midas初级功能
•桥梁平面杆系模型的建立
•掌握桥梁荷载效应
•影响线、恒载内力、活载内力计算
•荷载效应组合
•结构强度验算和正常使用性能验算
参考教材：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
MIDAS2006使用说明书
1.5 学习要求
• 独立完成常规桥梁的计算分析
• 考核要求：理论课成绩=70%随堂测验+30%平时考勤
上机课成绩=70%上机考核步步惊心 话剧+30%平时考勤
第二章 常用桥梁结构分析软件概述
2.1 桥梁结构分析的杆系有限单元法
2.2 结构力学计算器SM-SOLVER
2.3 桥梁博士Dr.bridge
2.4 迈达斯Midas Civil
2.5 Ansys
2.6 其它
2.7 工程实例演示
2.1 桥梁结构分析的杆系有限单元法
桥梁结构分析，可分为总体分析和局部分析两大部分。
从总体受力来看，桥梁的特点是长而不宽（长宽比一般大于2，特别是大跨度桥梁），它的受力特性与杆系结构相符，因此用杆系有限元对其总体受力情况作分析就抓住了事物的主
要矛盾。对于局部受力问题，如异形块、墩梁塔固结处、拉索或预应力筋锚固点的局部应力等，一般需用板壳、块体有限元等方法进行分析计算。
杆系有限元分析可归纳为如下步骤：首先是“化整为零”，即将结构离散为有限个的梁单元，研究各单元的性质，形成单元刚度矩阵，然后“集零为整”，按照结构的几何条件（包括结点处的变形连续条件和支承条件）及平衡条件，将各个单元集合成原来的结构，形成总体刚度矩阵和总体刚度方程，求解得到结构的位移和内力。 有限元法的求解步骤如表2-1-1所示。
有限元法的分析步骤 表2-1-1
有限元法步骤 |
一、结构离散——将求解区域变成有限元模型 1．用所选单元划分有限元网格，给节点、单元编号 2．选定整体坐标系，测量节点坐标 3．准备好单元几何尺寸、材料常数 |
二、单元分析——建立单元平衡方程组 dna的双螺旋结构1．在典型单元内选定位移函数，并将它表示成节点位移的插值形式 2．用虚功原理或变分法推导单元平衡方程 3．求每个单元的单元刚度矩阵 |
三、整体分析——形成和求解整体平衡方程组 1．单元组合集成整体刚度矩阵、节点位移列向量和节点载荷列向量，形成整体平衡方程组 2．引入边界条件，求解节点位移 3．后处理计算。根据需要计算变形、应力和反力等 |
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下面我们介绍几种本专业的常用软件。
2.2. 结构力学求解器
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* 把繁琐交给求解器，我们留下创造力！ *
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1)．简介
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结构力学求解器（SM Solver for Windows）是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计
算机辅助分析计算软（课）件，其求解内容包括了二维平面结构（体系）的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等经典结构力学课程中所涉及的一系列问题，全部采用精确算法给出精确解答。本软件界面方便友好、内容体系完整、功能完备通用，可供教师拟题、改题、演练，供学生作题、解题、研习，供工程技术人员设计、计算、验算之用，可望在面向21世纪的教学改革中发挥其特有的作用。
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2)．求解功能
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求解功能分为自动求解和智能求解两类。
自动求解功能:
- 平面体系的几何组成分析，对于可变体系可静态或动画显示机构模态；
- 平面静定结构和超静定结构的内力计算和位移计算，并绘制内力图和位移图；
- 平面结构的自由振动和弹性稳定分析，计算前若干阶频率和屈曲荷载，
并静态或动画显示各阶振型和失稳模态；
- 平面结构的极限分析，求解极限荷载，并可静态或动画显示单向机构运动模态；
- 平面结构的影响线分析，并绘制影响线图。
智能求解功能:
- 平面体系的几何构造分析：按两刚片或三刚片法则求解，给出求解步骤；
- 平面桁架的截面法：出使指定杆成为截面单杆的所有截面。
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3)．技术性能
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运行环境:
80486级别以上的PC机，Windows 3.x/95/98/NT，8M内存，2M硬盘空间（专业版求解大问题时需更多的内外存空间）。
版本区别:
目前有两个版本：学生版和专业版。学生版解题规模有如下限制：几何组成、静力分析、影响线、截面法等问题最多40个单元；自由振动、弹性稳定和极限分析最多20个单元。专业版解题规模无此限制，只受机器的内外存空间大小的限制。
2.3 Dr Bridge 桥梁博士
Dr.Bridge系统是一套通用桥梁结构设计施工系统，具有以下特点：
1)系统寄托在Windows工作平台，遵从国际标准的用户界面，充分利用Windows强大的软件与设备支持性和多任务功能。
2)系统的数据输入全部采用标准界面人机交互输入，并提供了强大的数据自动生成和编辑功能，以及有效的数据纠错与查错功能，从而使得数据输入这一繁琐的工作得到了大大的简化。
3)系统具有强大的直线桥梁、平面斜、弯和异型桥梁设计与施工计算功能，能进行各种结构体系的恒载与活载的线性与非线性响应计算，能够实现复杂的截面施工操作，能够有效地模拟施工中采用的临时支架和挂篮设备，能够进行结构上下部共同作用的分析；能够自动计算每根拉索的施工张拉力；能够自动按照规范进行三种承载能力极限状态组合和六种正常使用极限状态组全（包括施工阶段组合V），并根据您的要求进行这九种组合的配筋计算或应力验算和强度验算及抗裂性验算；系统同时附有截面设计计算、活载横向分布系数计算以及基础计算等模块。
4)系统的结构计算安排在后台进行，从而可以随时对项目的主算进程进行干预，包括项目的启动、停止以及设置项目计算的起始点。
5)完善的输出功能能随时得到各种计算信息和计算结果，系统的数据输出图文并茂，表格、文字和图形显示将同时展现，并可以根据系统的设定，输出规格化的图形结果。
6)系统提供的打印功能可打印精美的文档，本系统所有的文字和图形结果可以随时在各种打印机和绘图仪上输出，同时提供了打印预览功能。
7)完善的联机帮助系统，在使用本系统时遇到的各种问题都可以随时查看系统的帮助文册，从而可以完全脱离使用手册，方便的使用本系统。
8)本系统全部代码采用c++语言，以MFC基类库为基础，采用了面向对象的设计方法，具有强大的升级潜力。
人大释法2.4 Midas Civil
MIDAS/Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，建筑结构。MIDAS/Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。MIDAS/Civil的主要特点如下：
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