3D-BSA系统是一个集前处理建立模型、结构分析计算、后处理图形生成于一体的适用于弯斜坡异形结构类立交桥、跨线桥、城市高架桥及人行天桥等各类桥型的全过程空间结构分析软件系统[1]。3D-BSA’2003具有丰富的建模单元：空间梁单元、桩基单元、吊杆单元、支承单元、刚臂单元、盆式支座、球形支座单元、橡胶板式支座单元、弹性支承杆元。可以建立空间曲线梁、空间梁格体系结构计算模型，适用于弯斜坡桥上部结构普遍采用的板式、肋式及箱梁断面。能按实际情况模拟各种复杂的异形桥梁结构，能够处理任意复杂的支承形式。用户视其方便可将整个桥梁划分为基础结构、下部结构及上部结构单独进行分析而计及它们的相互影响，也可以一次性进行整个桥梁的结构分析。3D-BSA’2003能够进行各种荷载生成，包括：曲线梁自重产生的竖向分布力及轴向分布力偶、具有竖弯及平弯的空间预应力、强迫位移、桩基沉降、二期恒载、非线性温度荷载、收缩徐变，以节点荷载、单元荷载描述的施工荷载、其它可变荷载、偶然荷载，能进行内力、支反力空间影响面分析及其自动布载。根据实际施工方法、施工进度对各种单元、各类荷载设置安装阶段、拆除阶段时间参数可以模拟各种施工过程，如整体现绕、逐跨施工、悬臂施工、缆索吊装和顶推施工等。能进行从施工阶段到使用阶段全过程结构仿真分析，并且可以进行桥梁结构检测、维护与事故处理计算。
1.1 3D-BSA’2003核心计算模块
3D-BSA’2003结构分析核心计算部分包括：数据预处理、施工过程结构分析、使用阶段活载分析、荷载组合四大功能模块。各部分的主要功能如下：
一、数据预处理
计算截面几何特性，包括截面面积，截面惯性矩及中性轴位置。确定空间预应力束张拉控制信息，如控制应力、张拉吨位、束长、左延伸量、右延伸量及总延伸量及预应力沿程损失（摩阻损失、钢筋回缩及应力松驰）。计算桩基础出口刚度。计算预应力钢束刚度及弹性损失矩阵。
二、施工过程结构分析
3D-BSA’2003系统仿真桥梁施工过程进行结构分析。能模拟施工过程结构体系的形成与转换，包括节点限位单元（节点约束条件、支承单元、刚臂单元，盆式支座、球形支座单元，橡胶板式支座单元及弹性支承杆元）的安装与拆除。也包括梁单元、桩基单元与吊杆单元的安装与拆除。梁单元计入预应力钢束刚度的影响，桩基单元考虑桩身分段变截面，岩土分层具有不同地基系数[2]。能描述施工过程各类外荷载的施加与撤换。包括恒载（结构自重、空间预应力、二期恒载、各类节点荷载、各类单元荷载及强迫位移、基础沉降）的施加与撤换。通过对节点荷载、单元荷载中各个参数的取值，可以描述各类施工荷载、其它可变荷载、偶然荷载等。可计算非线性温度荷载。可按《桥规》(JTJ 023-85)和(2002年送审稿)计算收缩应变、徐变系数，考虑节段施工不同加载龄期对收缩徐变的影响。
三、 使用阶段活载分析
3D-BSA’2003采用空间曲线梁、空间梁格体系结构计算模型。应用机动法计算内力、支反力影响面[3]，影响面计及离心力的影响，通过动态规划进行影响面自动布载。影响面布载时允许桥梁上部结构包含交织段且具有多个分支匝道。每个匝道考虑由“左人行道＋左分隔带＋左行车道＋中间分隔带＋右行车道＋右分隔带＋右人行道”模式所派生出的各种横桥向布置。按《公路工程技术标准》(JTJ 001-97)考虑汽车车队荷载效应的横向拆减，并可计入桥梁的纵向折减以及冲击力系数。可计算的活载包括：按《公路工程技术标准》(JTJ 001-97)规定，汽车车队(汽车－10级、汽车－15级、汽车－20级、汽车－超20级及自定义车队)，履带车或平板挂车(履带车－50、挂车－80、挂车－100、挂车－120及自定义挂车)，按《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ 77-98)规定，车辆荷载(城－A级、城－B级及自定义车队)，车道荷载(城－A级、城－B级及自定义挂车)及步道人群荷载。计算上述活载最不利内力、应力包络值及其对应的最不利布载位置。
四、荷载组合
3D-BSA’2003系统可对结构自重、预应力、施工荷载、二期恒载、年均升温、升温温差、年均降温、降温温差、强迫位移、基础沉降、收缩徐变、其它可变荷载、偶然荷载、汽车车队、平板挂车或履带车及步道人群等各荷载项进行任意组合。可在汽车车队、平板挂车（履带车）或车辆荷载、车道荷载中进行判断，取最不利者进行组合。参照《桥规》(JTJ 023-85) 规定，按承载能力极限状态设计时，荷载组合系数根据第4.1.2条规定取值。正常使用极限状态和施工阶段的应力计算根据可能发生的荷载情况自动选定组合系数进行组合
1.2 3D-BSA’2003建立模型模块
3D-BSA’2003前处理建立模型模块用来录入结构分析所需的各类数据。其交互式的图形界面提供了强有力的模型生成工具，使用户能轻松、快速、正确地生成原始数据文件。3D-BSA’2003建模模块的主要功能包括：
1. 节点快速生成。通过桥梁设计线分段等距生成纵桥向主梁节点，利用横桥向偏移、竖向位移生成桥面节点。可直接输入或施行平移拷贝、旋转拷贝、镜象拷贝、内插等图形变换命令快速生成节点。并可在AutoCAD系统生成节点网格，连接AutoCAD系统，直接导入节点座标。
2. 单元快速生成。空间梁元、桩基单元、吊杆单元、各类限位单元（节点约束、支承单元、刚臂单元，支座单元，橡胶支座及支承杆元）均可通过直接输入、自动生成或样本复制快速输入。可以图形显示任一单元局部座标系。
3. 材料截面输入。对各类单元均备有材料库，用户只需点取材料类型标号。对上部结构常见截面（截面库）采用参数输入，应用组合梯形法、组合四边形法分别输入任意对称与非对称截面。对下部结构还增加了圆柱圆管断面。单个截面尺寸可利用作图输入，变截面梁可通过插值生成、函数生成。且单元材料截面均可由直接输入、自动生成及样本复制快速输入。
4. 荷载快速生成。结构自重除考虑竖向分布力外，还可计及曲线梁内外侧弧长不等而产生的轴向扭转分布力偶。各类单元荷载均可选择局部座标系或总体座标系方向输入。自重荷载、二期恒载、节点荷载、单元荷载、强迫位移、桩基沉降、温度荷载及收缩徐变均可自动生成。
5. 预应力荷载。空间预应力束布置考虑曲线梁自身具有平弯、竖弯，钢束相对于曲线梁也具有平弯、竖弯的复杂情况。钢束平、竖曲线导线交点数据无需事先准备，可在平面及竖向展开面上作图布置，也可进行图形修改。钢束平、竖曲线特征点座标、桩号、弧长即时输出，实现了空间预应力设计计算同步进行。
6. 活载信息生成。可指定计算活载最不利内力、应力、支反力包络值的关心单元。自动生成汽-10、汽-15、汽-20、汽-超20级汽车车队荷载及履带-50、挂车-80、挂车-100、挂车-120级平板挂车和履带车荷载或车辆荷载城－A级、城－B级，车道荷载城－A级、城－B级。可给定轴重、轮距自定义汽车车队、平板挂车荷载或车辆荷载、车道荷载。输入设计线平曲线及其横桥向布置确定各类活载的加载区域。可以考虑具有多个分支匝道，且每个匝道处于加宽缓和段的复杂桥型。并且可以通过桥面网格剔去各匝道间交织段重叠部分的桥面板，避免车队重叠布置。
7. 数据模板输入。新输入一组数据时，选择一组已输入的模板数据作为默认值。对模板数据进行修改即可得到新的数据。桩基钻孔地质资料、单元截面几何尺寸、钢束平、竖曲线导线、截面温度梯度分布、荷载工况组合系数均可采用数据模板输入。
8. 图形数据连动。建模模块中普遍采用录入数据与图形显示相互连动。用户在文本框内录入数据时，图形工作区内即时显示。反之，通过屏幕上鼠标操作获得数据时，数据表中即时输出捕获得到的数据。并可施行平移、旋转、窗口放大、整体显示等各种图形变换功能。人机交互界面丰富直观。
9. 多级数据检错。建模模块提供了三级检错功能：第一级为输入时即时诊断，根据输入数据的物理意义界定其取值范围，出错时即时给出错误信息。第二级为输入时图形诊断，用户输入数据时，图片框中即时图形显示，用户根据图形结果判断数据对错。第三级对结构分析简化模型的完整性及其逻辑错误进行诊断，并给出诊断结果。
1.3 3D-BSA’2003图形输出模块
3D-BSA’2003后处理图形输出模块用来输出结构分析的计算结果。其交互式的图形界面提供了强有力的数据整理手段，使用户能方便直观地察看、查询、整理结构分析的输出文件。3D-BSA’2003图形模块的主要功能包括：
1. 结构模型显示。显示任一施工阶段的结构简化模型。对任一视图平面可施行平移、旋转、窗口放大、整体显示等各种图形变换命令观察模型局部。
2. 察看钢束信息。列表输出预应力钢束张拉控制信息（张拉吨位、束长、左延伸量、右延伸量、总延伸量）及其平、竖曲线几何要素（特征点座标、弧段起点、终点及圆弧半径）。并可观察钢束任一点几何座标，任一施工阶段、任一荷载工况下预应力损失（摩阻损失、回缩损失、松驰损失、弹性损失、收缩徐变损失）及其有效预应力。
3. 结构变形显示。选择变形比例尺，显示任一施工阶段、任一荷载工况下的结构变形。对任一视图平面可施行平移、旋转、窗口放大、整体显示等各种图形变换命令观察局部变形。
4. 结构响应曲线。选择单元组，确定单元组的构件类型（纵梁、横梁、盖梁、墩柱及桩基），根据构件类型显示单元组在任一施工阶段、任一荷载工况下的结构响应曲线。包括：施工阶段单元位移、单元内力、单元应力、主梁腹板主应力、活载内力包络图、应力包络图、组合内力包络图、应力包络图、主梁腹板主应力包络图以按承载能力和正常使用极限状态确定的配筋能力。
5. 约束反力输出。选择座标系统（总体座标、局部座标），在所选座标系下显示任一限位节点（节点约束、支承单元、刚臂单元、支座单元、橡胶支座、支承杆元及强迫位移）在任一施工阶段、任一荷载工况下的节点约束反力，活载作用下的最不利约束反力以及组合工况下的最不利约束反力。
6. 影响面加载。选择关心单元截面，显示桥面加载网格、关心单元截面任一内力分量、约束反力分量的影响面及各种活载（汽车车队、履带车或平板挂车、步道人群）的最不利布置。列表输出关心单元截面所选内力、约束反力活载内力包络值对应的各内力分量、各应力点正应力。并可察看加载网格图内任一点的影响值。
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