梁格法在計(jì)算彎、斜、異形梁橋中應(yīng)用.doc

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1、梁格在彎、斜、異形梁橋結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用1、概述近幾年，隨著處領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)意識(shí)的改變，原來結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜的彎、斜、異形梁大都外委，而目前類似的結(jié)構(gòu)全部讓我們內(nèi)部消化。橋梁所的大多數(shù)人員平常對(duì)此類結(jié)構(gòu)接觸不多，在時(shí)間緊迫的情況下，要消化這些“難啃的骨頭”，著實(shí)不易。雖然我們手頭有很多的計(jì)算軟件，特別是下面介紹的梁格法，幾乎人人皆知，但是誤區(qū)也不少，所以我整理部分資料，結(jié)合自己的理解，力爭(zhēng)清晰、準(zhǔn)確地介紹一下，希望對(duì)大家有所幫助。對(duì)彎梁橋，目前一般有三種計(jì)算模式：①簡(jiǎn)化為單根曲梁計(jì)算；②簡(jiǎn)化為平面梁格計(jì)算；③不加簡(jiǎn)化地用塊

2、體單元、殼單元計(jì)算。單根曲梁模型的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易行；缺點(diǎn)：幾乎所有類型的梁?jiǎn)卧加袆傂越孛婕俣?、不能考慮橋梁橫截面的畸變，總體精度較低。塊體單元、殼單元模型，優(yōu)點(diǎn)：與實(shí)際模型最接近，不需要計(jì)算橫截面的形心、剪力中心、翼板有效寬度，截面的畸變、翹曲自動(dòng)考慮；缺點(diǎn)：輸出的是梁橫截面上若干點(diǎn)的應(yīng)力，不能直接用于強(qiáng)度、應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)然可以把若干點(diǎn)的應(yīng)力換算成橫截面上的內(nèi)力，對(duì)于板殼單元輸出的各點(diǎn)的應(yīng)力影響面重新合成為橫截面的內(nèi)力影響面，要另外附加大量工作。這個(gè)缺點(diǎn)為在設(shè)計(jì)中應(yīng)用增添了不少的難度。平面（柔性）梁格法的優(yōu)點(diǎn)：可

3、以直接輸出各主梁的內(nèi)力，便于后處理（用規(guī)范驗(yàn)算），整體精度能滿足設(shè)計(jì)要求。由于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，使得該法成為計(jì)算彎、斜、異形梁橋的唯一實(shí)用方法。缺點(diǎn)：它對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了面目全非的簡(jiǎn)化，大量幾何參數(shù)要預(yù)先計(jì)算準(zhǔn)備，如果由設(shè)計(jì)者手工準(zhǔn)備，工作量大，而且人為偏差不可避免。2、.梁格法的理論分析簡(jiǎn)介2.1梁格法的基本原理梁格法的特點(diǎn)是用一個(gè)等效的梁格來代表橋梁的上部結(jié)構(gòu)，即假定把上部結(jié)構(gòu)的抗彎、抗扭剛度集中到最鄰近的梁格內(nèi)：縱向剛度集中到縱向構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中到橫向構(gòu)件內(nèi)。理想的剛度等效原則應(yīng)該滿足：當(dāng)原型結(jié)構(gòu)和等效梁格體系承受

4、相同荷載時(shí)，兩者的撓曲將是恒等的，而且任一梁格內(nèi)的彎矩、剪力及扭矩將等于該梁所代表的實(shí)際結(jié)構(gòu)的截面上應(yīng)力的合力。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)和梁格體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)特性上的差異，這種等效只是近似的，但對(duì)一般的計(jì)算，梁格法的計(jì)算精度是足夠的。2.2梁格網(wǎng)格的劃分梁格法最關(guān)鍵之處在于其與上部結(jié)構(gòu)的等效性，等效與否嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)分析的精度，所以梁格的劃分特別重要。對(duì)于箱形截面而言，單元的劃分應(yīng)明確結(jié)構(gòu)分析的目的，考慮力在原箱梁內(nèi)的傳遞方向和原箱梁的變形特征，同時(shí)要考慮加載的方便。選取等效梁格可遵循如下原則。(1)縱向梁格以腹板單位劃分梁格，即縱

5、梁的位置應(yīng)與縱向腹板重合，這樣可以直接獲得腹板的受力特征。為了加載的方便，可在懸臂端部設(shè)置虛擬的縱向單元。(2)縱梁的劃分應(yīng)盡量使各部分截面的形心軸位置和原箱梁截面的形心軸位置重合，這樣使得各縱梁在縱向彎曲時(shí)符合與原箱梁截面一樣的平截面假定（漢勃利原理p94：“....所有的梁受載后均繞同一中性軸而彎曲。這中性軸實(shí)際上與整體的上部結(jié)構(gòu)的主軸是重合的。因此，梁格構(gòu)件所代表的每根工字梁的截面特性將繞整體的上部結(jié)構(gòu)主軸計(jì)算?！保?。(3)橫向梁格一般與縱向梁格垂直，在斜橋的端部或斜橋的斜角較小時(shí)可用斜交網(wǎng)格，以有效模擬結(jié)

6、構(gòu)的工作狀態(tài)。(4)橫向梁格的間距一般不超過反彎點(diǎn)之間距離的1/4，通常在跨中，1/4跨，1/8跨，支座處，橫隔梁處設(shè)置橫向單元，保證荷載在縱梁之間傳遞的連續(xù)性。(5)梁格在支點(diǎn)附近和內(nèi)力變化較大的地方進(jìn)行加密，使得梁格結(jié)構(gòu)對(duì)荷載的靜力分布足夠靈敏。2.3梁格的截面特性梁格法中荷載分配是以加載位置及單元間的相對(duì)剛度為依據(jù)的，剛度與構(gòu)件的截面特性有關(guān)，故梁格單元的截面特性計(jì)算是保證計(jì)算精度的關(guān)鍵。2.3.1縱向梁格構(gòu)件的截面特性(1)彎曲剛度對(duì)于箱形上部結(jié)構(gòu)，通常在頂、底板縱向切開成許多工字梁，如圖1所示，根據(jù)梁格

7、等效的基本原理，梁格構(gòu)件的彎曲應(yīng)力分布應(yīng)與實(shí)際梁理論結(jié)果相似。由于實(shí)際梁受載彎曲時(shí)，應(yīng)繞同一中性軸而彎曲，因此梁格構(gòu)件所代表的每一根工字梁的截面特性應(yīng)繞整體的上部結(jié)構(gòu)中性軸計(jì)算，即縱向梁格構(gòu)件的抗彎剛度為EI=E·(梁格構(gòu)件所代表的截面對(duì)箱梁整體的截面中性軸的慣性矩)(1)(2)扭轉(zhuǎn)剛度當(dāng)箱梁結(jié)構(gòu)作整體扭轉(zhuǎn)(不考慮截面畸變)時(shí)，環(huán)繞頂板、底板、腹板呈剪力流網(wǎng)絡(luò)，如圖2(a)所示，大多數(shù)的剪力流通過頂、底板和腹板的周界流動(dòng)，少量通過中間腹板。在比擬的梁格體系受扭時(shí)，在橫截面上，總的扭矩由一部分縱向構(gòu)件的扭矩和一部分

8、梁格問相反的剪力組成，如圖2(b)所示，其中剪力S與橫向構(gòu)件內(nèi)的扭轉(zhuǎn)相平衡，如圖3所示?？梢?，圖2中箱梁整體扭轉(zhuǎn)和梁格受扭時(shí)的力系非常相似，箱梁內(nèi)的總扭矩由各梁格扭矩及剪力合成，梁格扭矩是代表由頂板和底板內(nèi)相反剪力流在上部結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的扭矩，而剪力代表腹板內(nèi)的剪力流。因此，縱向梁格構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度為CJ=G·(梁格構(gòu)件所代表的頂板、底板翼緣的扭轉(zhuǎn)慣性矩)(2)對(duì)于圖1的箱型梁