一、结构分析软件现状
目前国内市场上存在两大类型软件,即二维平面杆系软件和三维空间软件。
二维平面杆系软件有同豪土木出品的《桥梁博士》、西南交大出品的《bsas》、大桥院的《SCDS》及中规院《QJx》;以下简要主要介绍几款常用软件的特点:
1、《桥梁博士》
在上述平面杆系软件中,以《桥梁博士》应用最为广泛;主要原因是其具有完善的规范验算功能、快捷的前后处理能力和快捷的辅助设计工具;
《桥梁博士》规范验算方面,该软件提供了承载能力状态的混凝土构件正截面极限强度、斜截面极限强度;正常使用状态的预应力构件的截面正应力抗裂性验算、压应力验算、预应力钢筋拉应力,钢筋混凝土构件的裂缝计算及容许应力法的混凝土截面应力,钢筋拉应力计算;可见,《桥梁博士》的软件构件验算功能比较完备。
《桥梁博士》前处理方面软件提供两大快捷功能:与AutoCad的交互和通用截面拟合;这两大功能极大节省了用户的数据处理时间和精力;
《桥梁博士》在辅助设计工具上,《桥梁博士》提供了调束和调索功能,该两项功能均基于图形界面实现预应力钢束、斜拉索索力的动态调整,适时显示结构的应力、位移效应数据;目前这两项功能应该具有独创性;
但其也存在一些问题,诸如:
1)、预应力钢束的回缩损失计算比较简单,可能造成长钢束锚下预应力损失计算误差过大;《桥博》中钢束回缩损失回缩终点仅落在钢束水平投影的31个平分点上,对于长钢束误差较大;
2)、换算截面计算有误;距梁体底面1m以上高度的钢束未计入换算截面中;
3)、收缩徐变算法较为粗略;收缩徐变计算在同一施工阶段中未考虑相互影响;这是国内软件普遍存在的问题;原因是算法设计上主要考虑是节约计算时间和储存空间;
4)、临时支撑上张拉预应力对预应力二次矩尚有限制;对截面永存预加应力的准确计算尚有影响。
5)、临时单向支撑反力等非线性功能的计算精度尚待提高;
6)、斜拉索的刚度采用切线刚度计算,这对小跨径斜拉索影响甚小,但对大大跨度斜拉桥的影响不容忽视;
2、西南交大出品的《bsas》
西南交大出品的《bsas》主要应用于铁路桥设计中;主要原因是两点,其一是其具有简约的数据输入文本格式,深受喜欢文本数据格式的老用户欢迎,也便于设计归档打印保存;其二软件对铁路规范的验算较为完备,且符合铁路规范的使用习惯,例如预应力混凝土梁的抗裂验算和强度能够直接给出抗裂系数和安全系数;该软件在其他方面无明显优势。
3、大桥院的《SCDS》
《SCDS》为大桥院独自开发的桥梁结构分析软件,没有进行商业化推广,均为大桥院、大桥局内部使用,基本处于身在闺中人未知的状态,但随着近年秦院士《无应力状态法》的宣传,该软件的神秘面纱也逐步被人认识;
《SCDS》采用计算内核和前后处理界面分离的方式;其前后处理界面采用VB语言编著,计算内核采用FORTRAN语言编制;前处理完成后,输出个文本数据格式提供给计算内核,计算内核计算完成后输出结果数据文本格式,提供给后处理图形界面调用;
《SCDS》采用了构件建模的思路;在前处理中,该软件无常规有限元软件中的单元、节点的概念,直接采用桥梁构件分块进行建模,具有先进的面对桥梁构件对象建模思想;
在《SCDS》中,结构构件被分为以下类型:桥面元、塔(墩)元、斜拉索元、支承元、特殊元;桥面元、塔元、索元均使用工程参数描述;例如桥面元,使用构件跨度、控制截面、定位点坐标等参数描述;支承元用来模拟支座,特殊元用于描述构件内部约束、如刚臂和主从约束;
《SCDS》在结合梁计算上有独到功能,该软件采用“分—合—分”的思想处理结合梁,即建模时采用混凝土桥面板、钢梁两层单元分别建模,要求两层单元的节点坐标上下对应;计算时把两层单元换算成一层单元使用换算截面特性进行计算,最后出计算结果时分别给出两层单元对应内力,以便于设计值对相应构件进行设计验算;
该软件还能直接给出结合梁结合面的剪力计算结果,便于设计者直接设计剪力键;而这个功能是其他软件所不具备的。遗憾的事,该软件对混凝土板的纵向钢筋没有处理,这对配筋率很高的结合梁混凝土桥面板的收缩徐变计算毕竟会造成误差。
《SCDS》另一个重要亮点是其具备斜拉索按索长张拉的计算功能。根据无应力状态法原理,结构单元的内力和位移随结构的加载、体系转换和斜拉索的张拉而变化,单元无应力长度只有人为地调整才会发生变化,当荷载和结构体系一定时,单元无应力长度的变化必然唯一地对应单元轴力的变化。因此,斜拉索的张拉可以使用斜拉索无应力索长的变化来实现;在施工现场,斜拉索的张拉使用斜拉索拔出量控制,可以实现现场的多工序平行施工,不必考虑现场温度、临时荷载、拉索张拉顺序对结构的影响。软件具备的这项功能,大大简化了带索结构的施工监控计算的难度和现场监控的应变速度;
其他软件的力学计算功能基本同《桥梁博士》和《BSAS》,差别在于前后处理的界

