简支变连续T梁计算经验总结（基于桥博4及桥博3.6的理解）

简支梁桥属于单孔静定结构，构造简单，施工方便，其结构尺寸易于设计成系列化和标准化，有利于在工厂内或地上广泛采用工业化施工，组织大规模预制生产，并用现代化的起重设备进行安装。采用装配式的施工方法可以大量节约模板支架木材，降低劳动强度，缩短工期，显著加快建桥速度。然而简支梁桥也存在很大缺点：从运营条件来说， 简支梁桥在梁衔接处的挠曲线会发生不利于行车的折点 ，一般简支梁在梁衔接处设置成伸缩缝或桥面连续， 伸缩缝造价较高，易受破坏 ，又无法避免行车的不舒适性；桥 面连续也容易出现破坏 （已建工程中简支梁上桥面连续出现破坏的屡见不鲜），另外 简支梁跨中弯矩较大，致使梁的截面尺寸和自重显著增加，需要耗用材料多 ，这些都是简支梁桥的显著缺点。

连续梁桥同简支梁桥相比较而言，其特点差别很大：结构较复杂 ，且从桥梁建筑现代化的角度来衡量，钢筋混凝土连续梁桥逊色于简支梁桥，因为当跨径较大时，长而重的构件不利于预制安装施工，而往往要在工费昂贵的支架上现浇，需要工期长。但是 连续梁桥无断点，行车舒适，且由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯矩值明显减少，从而减少材料用量及结构自重 ，这些特点是简支梁桥所无法比拟的。

先简支后连续梁桥的特 点：先简支后连续梁桥刚好发挥了上述两种梁桥的优点， 克服它们的缺点。其施工特点是先按简支梁规模化施工，后用湿接缝把相临跨的梁块连接成连续梁，从而得到连续梁优越的使用效果。

简支转连续结构桥博V4.1和3.6对比理解：

1 工程概况

桥梁跨径（m）：3*30

桥梁宽度（m）：2*11.25

结构形式（m）：简支变连续T梁

单幅桥梁片数：5片

梁间距（m）：2.25

2 设计标准

汽车荷载等级：公路Ⅰ级

设计安全等级：一级

设计基准期：100年

环境类别：Ⅰ类环境

3 设计要点：

（1）按全预应力构件设计；

（2）横向分布系数支点采用杠杆法，跨中采用刚接梁法；

（3）设计参数：

●混凝土：重力密度γ=26.0kN/m3，弹性模量Ec=3.45*104MPa；

●沥青混凝土：重力密度γ=24.0kN/m3；

●预应力钢筋：弹性模量Ep=1.95*105Mpa，松弛率ρ=0.035，松弛系数ξ=0.3；

●锚具：锚具变形、钢筋回缩按6mm（一端）计算；金属波纹管摩阻系数μ=0.25，偏差系数κ=0.0015；

●支座不均匀沉降：△=5mm；

●竖向梯度温度效应：按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）规定取值。

前提条件：本工程为对称结构，对称桥面布置。

比对结论：桥博V4结果对称性好，且与手算结果一致，桥博V3.6结果对称性差，与手算结果有差异。

刚接板梁法中，桥博V3.6没有求解出3号梁的最大值。

4 截面特性

截面特性计算区别：

1、钢束张拉灌浆阶段，桥博V4.0按照实际张拉灌浆的钢束扣除孔道面积，而桥博V3.6只考虑扣除距离底缘1m高度范围内的钢束孔道面积。

2、钢束钢筋换算成混凝土面积，桥博V4.0采用n-1进行换算，而桥博V3.6采用n换算，其中n为钢筋或钢束与混凝土的弹模比。

如上表所示，换算截面特性差异率在2.4%以内，其中支点附近的截面（39单元左截面）差异较大。

截面静矩计算区别：

1、钢束钢筋换算成混凝土面积，桥博V4.0采用n-1进行换算，而桥博V3.6采用n换算，其中n为钢筋或钢束与混凝土的弹模比。

注意：

桥博V3.6计算截面静矩是按照实际张拉灌浆的钢束扣除孔道面积，这里与换算截面面积和惯性矩的计算不一样。

5 预应力损失

桥博V4.0和桥博V3.6中预应力钢束损失的差值在2~3MPa以内。

6 单项内力、基本组合内力

1、支反力比对：桥博V4.1和桥博V3.6中的支反力差异率基本在1%以内。

2、单项内力比对

●预应力荷载产生的弯矩值差异率比较大，第一个施工阶段相差最大，在4.2%左右。

●汽车荷载单项内力相应值差距比较大，桥博V4计算更精确合理，结果是正确的。

●其他荷载单项内力差异率在1%~2%左右。

●桥博V4.1内力作用点是换算截面的形心位置，而桥博V3.6内力作用点是毛截面的形心位置。所以即便是桥博V4和桥博V3.6预应力产生的损失、轴力是一样的，但预应力产生的弯矩有较大差异，从而导致其产生正应力结果也有差异。

●桥博V3.6计算恒载、预应力效应的时候，内力值结果存在随机性。其中预应力产生的弯矩较为明显。

因此，基本内力组合1下的弯矩值也存在随机性。

桥博V4.1内力图

桥博V3.6内力图

3、基本组合内力比对

基本组合内力差异原因

1.单项内力的差异（预应力单项、汽车荷载单项）；

2.永久荷载、收缩、徐变的分项系数

桥博V4.0基本组合内力计算时，程序是把永久荷载、收缩、徐变分开考虑按有利或者不利进行判断分别取其各自的分项系数。

桥博V3.6基本组合内力计算时，程序把收缩徐变都合并到永久荷载中，作为一个统一的永久荷载确定系数。此时有利就一起都是1，不利就一起都是1.2。

3.冲击系数

桥博V4.0基本组合内力计算时，无论哪种工况组合，都是看参与组合的汽车荷载弯矩值是正是负，正值就取正弯矩区冲击系数，反之，负值就取负弯矩区冲击系数。

桥博V4.0基本组合内力计算时，在计算最大最小弯矩工况组合时，是和桥博V4.0的取值计算。但在计算最大最小剪力工况组合时，始终取的是正弯矩区的冲击系数。

4.效应值接近零值的处理

桥博V4.0和桥博V3.6在某个效应值接近零值时，在组合时都会做忽略处理。桥博V4.0在规范配置计算规定中有设定，用户可以修改。桥博V3.6是程序内部默认处理。

桥博V4.0和桥博V3.6在某个效应值接近零值时，这个效应值的符号（正负）会决定其相应值取值大小。

7 正截面抗弯承载力

1.正截面强度

桥博V4.1规范配置中有关于“钢筋应力容许极限拉应变”这个参数，用户可以修改。桥博V3.6  中没有设定钢筋应力容许极限拉应变的限制；

材料强度曲线；

2.开裂弯矩验算

桥博V4.1计算开裂弯矩可以考虑预应力次效应，也可以不考虑，在规范配置里有相关的设置选项。桥博V3.6计算开裂弯矩是默认考虑预应力次效应的。

3.正截面承载力结果比对

桥博V4.1和桥博V3.6正截面强度验算结果差异率在2%以内，开裂弯矩差异率在1.2%以内。

8 斜截面抗剪承载力

1.斜截面承载力2018规范和2004规范的区别

2.桥博V4.1程序内部约定

（1）斜裂缝构成：桥博V4.1的斜裂缝为折线，由三段直线段组成。桥博V3.6的斜裂缝是一条直线段，贯穿顶底缘。

（2）斜裂缝水平投影长度最小值限定

（3）验算截面：规范建议采用斜裂缝的受拉端为验算位置点处，但是在计算抗剪承载力时需要裂缝投影范围区域长度C，而该值的确定依赖于斜裂缝受压端的内力值，所以需要一个迭代求解的过程才可以确定该长度。

为了回避迭代的问题，本程序将验算位置移至斜裂缝受压端(上图的红色虚线)，该截面的内力值已知，可以确定出一个C值，用该长度值确定一个抗剪承载力作为验算截面处的抗剪承载力代表值。该做法与规范不同之处在于，通过承压段反向确定的受拉端的位置不一定是规范建议需要进行抗剪承载力验算的特征位置，但是该问题可以通过减小单元长度的方法来近似的给予解决。

桥博3.0始终是以当前验算截面的下缘作为斜裂缝的起点位置（当验算截面处下缘受拉时，程序要进行反复试算）。

（4）截面有效高度h0（剪压区正截面）

斜截面抗剪强度验算时，计算截面有效高度h0，就以斜截面的受压端所在正截面（即当前验算截面），判断钢束是否是弯起钢束。从斜截面的受压端所在的正截面向左右两侧各偏移500mm，得到这两条偏移线与受拉区各钢束的交点（Xi，Yi）和（Xj，Yj），当｜Yj-Yi｜/1000≤2%时，判断为非弯起钢束，反之判断为弯起钢束。

若钢束在正截面左右侧500mm范围内有锚固，则采用锚固端处的坐标值，水平距离采用锚固端到另外一侧偏移线的水平距离。

桥博3.6和桥博4.0中的h0计算原则不一致，前者考虑弯起钢束，后者不考虑，这个会导致结果相差很大。所以以前用桥博V3.6计算预应力腹板束弯起位置的斜截面抗剪，容易出现不满足规范要求的情况，尤其是抗剪上下限。

（5）配筋百分率P（斜截面）——2018规范

计算配筋率P时，首先找出与当前验算的斜裂缝相交的有哪些钢束，钢束与斜裂缝交点位置（即交点位于哪些单元）。图中绿色折线即为斜裂缝。以上图为例，具体说明判断具体判断方法。譬如斜裂缝与钢束T1、B1、F1相交的交点都在单元i之内。

找到各钢束与斜裂缝交点所在的单元，求出在该单元i端、j端或者锚固端距离顶缘距离（his,hjs）和底缘距离（hix,hjx）。

分别比较（his,hjs）和（hix,hjx）是否相等（容许误差=li*2%，其中li为该单元长度或者钢束锚固端到截面的水平距离），如果只要一组相等则为非弯起钢束，如果两组都不相等则为弯起钢束。

注意上图中的F1钢束在单元中间锚固，此时就以锚固点和单元右截面作为判断位置。

在2004混凝土规范中，计算配筋率P（斜截面）是不需要区分弯起钢束和非弯起钢束的，因为P=100*（Ap+Apb+As）/bh0，配筋率中包含弯起钢束和非弯起钢束和普通钢筋。所以桥博V3.6和桥博V4.0中的2015规范对P0的算法一样，没有区分弯起钢束和非弯起钢束。

（6）弯起钢束的角度定义

弯起钢束的角度定义斜裂缝与钢束交点处的切线与水平线或者毛截面形心连线的夹角。当为竖直截面时，取钢束与相对水平线的夹角；

当为非竖直截面，取钢束与毛截面形心的连线的夹角。

注：此处的斜裂缝用的是斜向的线段（延伸到梁顶底缘），而不是考虑a和0.2h0的折线段。

9 单项应力、正应力和主应力组合力

1.单项应力计算

前面有讲过，桥博V4.0和桥博V3.6截面特性计算方法不一样，内力作用的基准点不一样（本桥主要影响预应力产生的弯矩效应），因此两者中荷载单项应力就有差异。详细比对了跨中和支点两个截面处，上下5个应力点在施工和运营阶段所有单箱荷载产生的正应力和剪应力数值，发现两软件剪应力差异较小（除汽车冲击力内力差别外），而由预应力产生的正应力相差略大，其余荷载单项产生的正应力差异较小。

预应力产生的正应力已经确认主要是因为预应力轴力在两个软件中的作用位置不一致，导致其产生的弯矩值有一定偏差，故而正应力也会有差异。

2.正应力组合

●频遇组合

在本测例中，非线性温度产生的应力效应大于汽车荷载效应（不计冲击），按照规范定义，此时非线性温度效应应取代汽车荷载效应，系数应为0.8，而汽车荷载效应系数应为0.4。桥博4严格按照规范定义取值，但桥博V3.6中非线性温度系数取值0.8，而汽车荷载效应系数取值0.7。

●标准组合

标准组合下的组合系数，两软件均取1。

3.主应力组合

●频遇组合和标准组合

两软件的区别和正应力组合一样。

当某个效应值接近零值时，两者都会做忽略处理。桥博V4.0可以让用户修改，但桥博V3.6为内部默认。

汽车考虑冲击系数两者不一致，导致剪应力不一致，所以主应力也会有区别。

●主应力组合方法

桥博V4.0中主应力组合有两种算法：传统算法和角度包络算法，如下图所示，默认0值，即为传统算法，输入大于零的数值，即为传统算法。

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