單層梁格分析寬翼緣箱梁剪力滯效應(yīng)

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1、2012年4月第4期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)61單層梁格分析寬翼緣箱梁剪力滯效應(yīng)戴樹才，張鋒(無錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇無錫214072)摘要：由于分析精細(xì)、應(yīng)用簡便，平面梁格法已廣泛應(yīng)用于斜彎橋、褲衩高架等異型橋的計(jì)算分析中。通過對“Hambly”平面梁格的梁格劃分方法與剛度取值的改進(jìn)，提出更便于桿系有限元軟件運(yùn)用的單層梁格法；通過單層梁格法分析了寬翼緣箱梁的剪力滯效應(yīng)，并與能量變分法對比，證實(shí)了單層梁格法可以有效的計(jì)算寬翼緣箱梁剪力滯效應(yīng)，而這是平面梁格無法解決的。關(guān)鍵詞：平面梁格；單層梁格；剪力滯中圖分類

2、號：U441文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1oo9—7716(2012)04—0061—04散橋梁上部結(jié)構(gòu)用縱、橫梁單元等效，即梁格劃0前言分；(2)縱、橫梁單元截面剛度的賦值，即剛度取伴隨著我國交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，橋梁建設(shè)值。從以上兩個方面人手，對平面梁格法作出改也得到了大力推進(jìn)。然而橋梁病害卻從未放棄困進(jìn)，提出“單層梁格法”。擾橋梁工程師們。如何建設(shè)精品工程是廣大橋梁2．1梁格劃分工程師所一直追求的。精心設(shè)計(jì)、精心施工是建設(shè)梁格法通過縱向梁格代表箱室縱向力學(xué)性能、精品工程的必備條件。而設(shè)計(jì)是否可靠、實(shí)用、經(jīng)橫向梁格代

3、表橫向力學(xué)性能，來近似等效上部結(jié)濟(jì)是依據(jù)工程計(jì)算分析結(jié)果來評判的。構(gòu)。因此，梁格法的計(jì)算精度與梁格劃分關(guān)系非常橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，總體上可以分為兩種：解密切，通常要求：(1)縱、橫梁應(yīng)與腹板位置重合，析法和數(shù)值法。解析法通過基本條件的假定，通過縱梁的劃分應(yīng)使得各縱梁的形心軸與整個截面形數(shù)學(xué)、力學(xué)的方法來研究結(jié)構(gòu)的受力，常用作理論心軸重合，見圖1、圖2，等效梁格在同一面中，因分析。它的研究對象通常是規(guī)則的、理想的結(jié)構(gòu)形此這里稱其“平面梁格”；(2)縱橫梁格長度比應(yīng)為式。而針對實(shí)際橋梁項(xiàng)目的設(shè)計(jì)驗(yàn)算，工程師常用0．5～2

4、，且應(yīng)相互垂直或斜交較?。?3)在受力復(fù)雜借助計(jì)算機(jī)程序或軟件，采用數(shù)值法來分析?？梢曰蚍磸濣c(diǎn)處宜適當(dāng)加密網(wǎng)格；(4)離散后的梁格應(yīng)對橋梁上部結(jié)構(gòu)縱橫向同時進(jìn)行精細(xì)分析、可以采與結(jié)構(gòu)原受力特性保持一致。用影響面加載活載效應(yīng)、可以采用較少的單元分析復(fù)雜的橋梁進(jìn)行精確分析，梁格法已成為分析橋梁上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形的一種炙手可熱的計(jì)算方法。目前，廣大工程師們所采用的主要是“Hambly”平面梁格法，該方法在實(shí)際運(yùn)用中有許多方面還是值得改進(jìn)的。縱梁2I縱梁31梁格法基本原理圖1平面梁格劃分從板式上部結(jié)構(gòu)開始探討，Hambly

5、分析了梁板式、格構(gòu)式、薄壁箱室等橋梁上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，提出采用等效縱橫梁格代替橋梁上部結(jié)構(gòu)的方法來分析其內(nèi)力、變形。結(jié)合已經(jīng)發(fā)展成熟的6自由度空間桿系有限元理論，采用軟件進(jìn)行計(jì)算分析，梁格法大大提高了分析精度和工作效率。2“Hambly”平面梁格與單層梁格梁格法應(yīng)用的前處理主要有兩大步驟：(1)離圖2等效平面梁格收稿日期：2011-l1—22遇到變腹板厚度箱室、斜腹板箱梁或者上部結(jié)作者簡介：戴樹才(1986一)，男，江蘇鹽城人，碩士，助理工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)研究工作。構(gòu)截面形式更復(fù)雜的時候，要滿足(1)這個條件卻

6、62橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2012年4月第4期是非常耗時和不經(jīng)濟(jì)的。我們認(rèn)為這一點(diǎn)是可以(2)抗扭剛度改進(jìn)的，縱梁的劃分完全不用受到腹板的約束；在在桿系軟件里應(yīng)用梁格法時，截面特性往往滿足一些基本原則的情況下(如：截面剪力由腹板是采用軟件自動生成的，但這是存在問題的。軟件承擔(dān)等)，根據(jù)分析精度的需求，可以出現(xiàn)“一字計(jì)算的抗扭剛度通常是該截面作為開口截面的抗梁”、“二字梁”加密梁格，見圖3、圖4。扭剛度值，然而在箱梁里離散后的縱梁其實(shí)是閉合截面的一部分。這里推薦采用經(jīng)驗(yàn)公式估算：黯T一4lt一梁格計(jì)算所得的剪力流是不

7、準(zhǔn)確的粗糙的，即使將抗扭剛度調(diào)整得再精確也無濟(jì)于事，因?yàn)榍蟹至焊駮r很難找準(zhǔn)剪力零點(diǎn)位置。(3)剪切面積圖3單層梁格劃分剪力柔性梁格的特點(diǎn)就是修改剪切面積，使得在受剪力作用時，梁格的變形與實(shí)際的一致，見圖6。然后，梁格法屬于6自由度梁單元有限元方法，在梁單元里通常不計(jì)入剪切變形的影響，因?yàn)橐话愕臉蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)不屬于深梁，即使計(jì)人剪切變形，其計(jì)算結(jié)果也沒有什么差異。因此，無需花費(fèi)大量精力在修正剪切面積上，因?yàn)榧词剐拚矡o法使梁格法分析箱梁的畸變效應(yīng)。圖4等效單層梁格#在廣義的劃分方法下，各個縱梁位置宜放置在各自的形心位置

8、處，代表腹板的縱梁應(yīng)與橫梁作剛臂豎向鏈接(我們不采用梁格法來模擬箱室(a)箱梁畸變(b)剪切變形的框架受力特性)。這樣離散后的梁格已不在一個圖6箱形截面梁格的畸變面中，呈一層褶面，這里稱其“單層梁格”。2．2剛度取值分析梁格模型時，應(yīng)僅考慮腹板承受剪力，而“在分析箱梁時，通常采用的“剪力柔性梁格”一字梁”、“二字梁”不承擔(dān)剪力?！矫媪焊?，在梁單元剛度值偏