梁格法在箱梁橋中應(yīng)用綜述

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1、梁格法在箱梁橋中應(yīng)用綜述　　摘要：梁格法作為一種有效的橋梁結(jié)構(gòu)空間分析方法，在實(shí)際工程中已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文綜合概述了運(yùn)用梁格法建立有限元模型的方法，以及影響梁格法精確性的幾種因素，及其解決方法。關(guān)鍵詞：梁格法，有限元模型，精確性，解決方法中圖分類(lèi)號(hào)：TU377文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1梁格法原理梁格法的基本思想是用等效的縱向及橫向梁格來(lái)模擬上部結(jié)構(gòu)，將分散在板式或箱梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最臨近的等效梁格內(nèi)，實(shí)際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)。理想的

2、剛度等效原則應(yīng)該滿(mǎn)足：當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的等效梁格模型承受相同荷載時(shí)，兩者的撓曲將是恒等的，并且每一梁格內(nèi)的彎矩、剪力及扭矩都等于該梁格所代表的實(shí)際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力。2梁格法研究現(xiàn)狀與進(jìn)展2.1基本假定10在利用梁格法時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足下列基本假定：1）箱梁橫截面各項(xiàng)尺寸與跨長(zhǎng)相比很小，即可將實(shí)際結(jié)構(gòu)視為集中在梁軸線(xiàn)上的彈性桿件；2）平截面假定，即梁變形后橫截面仍保持平面；3）剛性截面假定，即梁變形后橫截面無(wú)畸變；4）梁中截面翹曲扭轉(zhuǎn)所引起的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，與基本彎曲和純扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力相比很小，可忽略不計(jì)，只計(jì)純扭轉(zhuǎn)

3、的影響。2.2劃分梁格單元利用梁格法分析時(shí)，首先需要考慮的是如何劃分網(wǎng)格及計(jì)算每根構(gòu)件的截面常數(shù)，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)原型與比擬梁格間的等效程度以及最終的計(jì)算精度。在運(yùn)用梁格法時(shí)，關(guān)鍵問(wèn)題是兩個(gè)方向的單元的劃分，各單元截面特性的計(jì)算、加載，以及對(duì)分析結(jié)果的正確運(yùn)用，以下就這幾個(gè)問(wèn)題展開(kāi)討論。2.2.1縱向梁格劃分對(duì)于劃分箱梁的縱向梁格，漢勃利[2]提出了一個(gè)原則：應(yīng)當(dāng)使劃分以后的各工字形截面的形心大致在同一高度，也就是滿(mǎn)足：梁格的縱向構(gòu)件應(yīng)與原結(jié)構(gòu)梁肋（或腹板）的中心線(xiàn)相重合，通常沿弧向和徑向設(shè)置；縱向和

4、橫向構(gòu)件的間距必須相近，使荷載的靜力分布較為靈敏。各跨分別依據(jù)箱梁腹板的數(shù)目建立縱向梁格，忽略由于截面分割帶來(lái)的形心位置與腹板中線(xiàn)的偏差，取縱梁位置為腹板中線(xiàn)。10對(duì)單箱單室橫向施加預(yù)應(yīng)力的截面或雙箱截面，在頂板上應(yīng)增設(shè)縱向梁格構(gòu)件，用虛擬構(gòu)件改善上部結(jié)構(gòu)內(nèi)的靜力分布。2）對(duì)于單箱雙室截面，根據(jù)腹板數(shù)目將箱梁分割成相應(yīng)數(shù)目的工字梁，每一個(gè)工字梁的形心在上部結(jié)構(gòu)的主軸上，這種情況宜每一根梁計(jì)入三分之一的頂板和三分之一的底板，每一根梁的慣性矩是上部結(jié)構(gòu)總慣性矩的三分之一，如圖1所示。3）對(duì)于單箱多室截面

5、，宜根據(jù)腹板數(shù)目，將上部結(jié)構(gòu)從兩腹板中央切開(kāi)，如圖2所示。和其他構(gòu)件一樣，它們的梁格慣性矩是按照上部結(jié)構(gòu)主軸來(lái)計(jì)算的。圖1圖2對(duì)于有斜腹板的上部結(jié)構(gòu)，代表斜腹板的梁格位置具有一定的隨意性，通過(guò)比較證明，將斜腹板對(duì)應(yīng)的梁格設(shè)置在水平投影長(zhǎng)度的中心處，模擬效果較好，如圖3所示。圖310為了計(jì)算方便，對(duì)于箱形截面常在懸臂的邊緣增加兩根縱梁，這樣計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算時(shí)便可以繪制出懸臂部分的影響面，在利用影響面計(jì)算活載效應(yīng)時(shí)便可以方便的多。同樣，對(duì)于腹板間距較大的箱梁，為了提高活載計(jì)算結(jié)果的精確度，一般需要在兩腹板

6、所代表的縱梁之間增加一根或幾根縱梁，以使得影響面在兩腹板直接位置處的數(shù)值更加精確。這些縱梁稱(chēng)之為虛擬縱梁。虛擬縱梁構(gòu)件模式的不同劃分，也會(huì)影響梁格計(jì)算精度。在劃分梁格時(shí)一般較難將各工字型截面形心軸與整體截面主軸保持一致，為不影響梁格劃分，可通過(guò)修改截面特性值的方法進(jìn)行修正。2.2.2橫向梁格劃分橫向梁格設(shè)置應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況確定。若橫隔板相當(dāng)多（如系桿拱橋），這時(shí)橫向構(gòu)件應(yīng)與橫隔板重心重合。若橫隔板間距較大，則必須增加橫向虛擬梁格，為了保證荷載的正確傳遞，橫向虛擬橫梁的間距不宜超過(guò)縱向梁肋的間距，

7、其間距一般為反彎點(diǎn)之間距離的1/4。較密的間距使結(jié)構(gòu)模型具有連續(xù)性，可得到內(nèi)力分析較詳細(xì)的細(xì)節(jié)，在受力較大處的部位或內(nèi)力突變區(qū)，如支點(diǎn)附近，應(yīng)加密梁格網(wǎng)格。虛擬橫梁剛度近似取頂?shù)装宸謩e為上下翼緣，腹板很窄的工字形截面剛度，以期達(dá)到橫向傳力的目的。又根據(jù)文獻(xiàn)[3]中得出的結(jié)論，將虛擬橫梁的截面特性值放大或縮小10、100倍，對(duì)梁肋內(nèi)力計(jì)算結(jié)果影響不大，在正常計(jì)算誤差范圍內(nèi)，虛擬橫梁的剪切面積值對(duì)結(jié)構(gòu)受力不甚敏感。10依據(jù)箱梁理論，橫隔板設(shè)置的目的是阻止橫截面變形，限制橫截面形狀變形和扭轉(zhuǎn)共同引起的橫向

8、彎曲畸變應(yīng)力和縱向正應(yīng)力，改善荷載的橫向分布，分配大的局部作用力和反力的作用，有時(shí)起著局部約束截面扭曲的作用，一般假定橫隔板在固有平面內(nèi)是剛性的，因此取橫隔板及支座實(shí)體截面處剛性橫梁剛度比縱梁剛度大一個(gè)數(shù)量級(jí)，以10~20倍為宜，以期達(dá)到有效約束縱梁的目的。梁格劃分應(yīng)考慮的因素：1）為了得到每條腹板各個(gè)截面的設(shè)計(jì)彎矩和設(shè)計(jì)剪力，在每條腹板處設(shè)置單元。為了加載方便，在懸臂端部設(shè)置虛擬的縱向單元。2）梁格的縱向桿件形心高度位置應(yīng)盡量與箱梁截面的形心高度一致，縱橫桿件的中心