常规计算及计算软件的含义
在桥梁的设计中，必须进行一系列的计算和分析。这些计算和分析可以（不太严格地）分为两类：常规计算和特殊计算。前者是指大多数情况下需要的计算，例如结构的自重。计算在车辆、行人、温度、混凝土收缩徐变、支座沉降、预应力、施工荷载等作用下的内力和位移。后者，特殊计算，是指对一些不常见问题的特殊计算和分析如大跨度柔性结构的抗风计算、高烈度地震区的特殊抗震计算（非常规计算）、钢结构的疲劳等。动力效应明显桥梁的计算、车桥耦合计算、复杂结构的局部应力分析等。
目前，有许多软件用于桥梁设计的常规计算。比如国内的软件有西南交通大学的BSAS、ASCB、NLABS、交通科学院的GQJS、通豪土木工程的桥梁博士等，国外的软件有Midas/Civil、TDV等。此外还有很多通用的可用于桥梁计算的有限元软件，如ANSYS、ABQUS、LUSAS等。
图1 桥梁计算软件
（除西南交通大学的软件图片外，其他图片均引用自网络）
传统的计算方法和软件有
很成熟吗？
既然是常规的设计计算，而且计算软件又这么多，是不是说明它的计算方法已经很成熟了呢？对于同一问题，各个计算软件计算出的结果是否相同？很多人认为答案当然是肯定的，但不幸的是，事实并非如此。如果使用不同的软件来计算同一桥梁结构，如果使用正确的话，得到的结果也会不同。这种差异有时并不小。虽然不排除个别软件存在问题，但一般来说，并不是软件本身的错误，而是不同软件使用的计算方法不同造成的。也就是说，即使是常规的计算分析，计算方法也并不完全成熟。对于自重效应、临时荷载效应、车辆和人群活荷载效应、温度效应等计算方法，应该说都非常成熟，不同软件的计算结果也基本一致。然而，对于混凝土的收缩徐变效应、预应力损失、非线性效应等，目前还没有普遍接受的成熟计算方法。
也许有人会说，温度效应计算也不准确，难道也是不成熟吗？确实，温度效应计算的不准确是当前桥梁结构计算与分析中最重要的问题之一。但这并不是因为温度效应计算方法本身不成熟，而是因为无法准确获得结构内部的温度场，或者温度场计算方法或测试方法不成熟。
混凝土徐变效应
混凝土徐变与结构弹性变形和时间均有关，一般来说，徐变变形与弹性变形之间存在非线性关系。然而，非线性蠕变理论仍处于探索阶段，无法应用于工程计算。全部采用线性蠕变理论。本文不涉及非线性蠕变理论。
蠕变效应的计算涉及两个方面，一是蠕变系数的计算方法，二是时变应变下蠕变效应的计算方法。
关于蠕变系数的计算，桥梁设计规范中采用了计算公式和图表。例如，我国公路桥梁设计规范中，1985年版规范采用了国际预应力混凝土协会FIP于1978年提出的公式和图表。现行2004年版规范采用了国际预应力混凝土协会FIP提出的公式和图表。 1990年的FIP。刚刚颁布的新公路桥梁设计规范（JTG3362-2018）中，仍沿用FIP-1990的公式和图表，但增加了温度修正和添加剂修正。我国铁路桥梁设计规范中，1985年版规范对蠕变系数的计算没有规定。 1999年、2005年和2017年版本的规范在附录中提供了蠕变二次内力的计算方法，使用FIP-1978公式和图表。当这些公式和图表用于计算软件时，图表必须符合数学表达式。不同软件的拟合方程的精度也不同。
关于时变应变下蠕变效应的计算方法，不同的软件会有比较大的差异。桥梁结构施工过程中，结构内部的弹性应变是随时间变化的函数，当弹性变形一定时，蠕变变形与时间有关。当弹性变形也是时间的函数时，如何计算这个双时间变化的影响呢？不同的软件会采用不同的方法，所以结算结果也会不同，有时差别还不小。
除上述计算方法外，目前混凝土徐变、收缩效应至少还有十几种计算方法。不同方法的计算结果会有所不同。所有这些方法都包括上述标准方法，并且没有任何方法被认可。比其他方法更准确。
混凝土收缩效应
混凝土收缩也是一个与时间相关的影响因素，一般与徐变计算相比较，并一并给出计算方法。例如，FIP同时提供了收缩和蠕变的计算公式。我国公路桥梁设计规范也参考这些公式计算收缩效应。但我国铁路桥梁设计规范并未规定收缩应变计算方法，因此不同的计算软件可能采用不同的计算方法，导致计算结果不同。
同样，到目前为止，还没有一种计算收缩时变效应的方法被认为是更好的方法，并且计算结果都与实验值不同。
混凝土徐变效应及其他效应
互动效果
由于混凝土徐变的时变特性，它会与其他时变效应相互作用。例如，在超静定混凝土结构中，混凝土的收缩引起二次内力（即内力的重新分布。关于二次内力，参见本系列文章的“说桥6”和“说桥7”），因此改变结构的应力和应变。 ，进而影响结构的蠕变效果。同样，结构的蠕变效应也会影响结构的收缩二次内力，即会释放部分收缩二次内力，从而形成相互影响。随着时间的推移，桥梁基础会不均匀沉降，从而在结构中产生二次内力。混凝土的徐变效果也受到这种二次内力的影响。同时蠕变还会释放部分沉降二次内力，产生交互作用。
对于这种交互影响的计算，有的软件没有考虑到，而且由于各个因素本身的计算存在不确定性，所以交互影响的计算也存在偏差。
预应力损失计算
从表面上看，预应力钢筋应力损失的计算似乎已经非常成熟，但从前面的分析不难推断，混凝土收缩、徐变和应力松弛引起的与时间相关的预应力损失的计算还不成熟。且大约，它们之间也会产生交互作用。不仅如此，由于预应力损失的时变性，预应力的主次效应将具有时变特性，因而也会与结构的收缩和蠕变效应相互作用。计算这种相互作用的方法仍然不成熟。
计算精度问题
原本很简单的常规设计计算问题，经过上面所说，变得不那么常规了，而且出现了不小的误差。那么，目前这些计算误差有多大呢？这是一个很难回答的问题。首先，我们所能知道的误差都是相对的，永远无法知道绝对准确的值。一般将计算值与实验值进行比较来判断计算误差有多大。做过实验的人都知道，对于混凝土结构，即使在已知荷载、结构处于弹性状态下测试荷载效应，计算值与实测值的误差也会达到正负5%左右20%。 。如果比较混凝土的收缩和徐变效果，这个误差会更大。
因此，永远不要认为常规计算非常准确钢结构梁的计算公式中的，也永远不要将规范的各种限制发挥到极致，因为你不知道你的计算误差有多大。虽然现在在制定设计规范时考虑了计算误差的随机性，但这并不意味着考虑了所有误差，有必要为其留有余地。
另外钢结构梁的计算公式中的，有些规范中的限值并不一定合理。例如，蠕变变形的极限值需要毫米级的精度。这在实际工程中根本不可能。只能是纸上的数据，而用这个软件计算合格，而另一个软件不合格计算，如果再换一个软件，差别可能会更大。
作者简介：李桥，西南交通大学教授、博士生导师，茅以升桥梁研究所所长，兼任中国公路学会桥梁分会等学术组织常务理事或主任，并兼任编委土木工程学报等重要学术期刊委员委员。
