梁格法在橋梁上部結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用-典尚設(shè)計

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1、第23卷增刊1華　中　科　技　大　學(xué)　學(xué)　報(城市科學(xué)版)Vol.23Sup.12006年5月J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)May.2006梁格法在橋梁上部結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用11王富萬　楊文兵(1.華中科技大學(xué)　土木工程與力學(xué)學(xué)院,湖北　武漢　430074)摘　要:梁格法是橋梁結(jié)構(gòu)空間分析的一種有效方法,但由于傳統(tǒng)梁格法受模型及其網(wǎng)格劃分和單元剛度計算高復(fù)雜性的條件限制,在橋梁結(jié)構(gòu)電算方面未得到廣泛應(yīng)用.基于梁格法的基本原理,提出了寬翼緣上部結(jié)構(gòu)分析的改進(jìn)梁格模型,并總結(jié)了梁格單元劃分和截面特性計算的一般方法,最后通過算例驗證了該模型和方法的

2、有效性.關(guān)鍵詞:梁格法;　結(jié)構(gòu)分析;　改進(jìn)梁格模型;　截面特性中圖分類號:U443.3　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A　　文章編號:167227037(2006)S120080203　　隨著柔性橋、彎梁橋及寬箱梁橋等結(jié)構(gòu)形式的涌現(xiàn),迫切需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力和變形分2　改進(jìn)梁格模型析.目前通用的方法主要有梁單元法、板殼元法、三維實體元法以及梁格法.其中,梁單元法無法得傳統(tǒng)的平面梁格模型假設(shè)整個橫截面圍繞通到內(nèi)力的橫向分布;板殼元法和實體元法模型復(fù)過質(zhì)心的單一中性軸彎曲,其計算精度依賴于整[1]雜,計算費用高,數(shù)據(jù)處理繁瑣;梁格法計算費個橫截面的中性軸位置的精確確定.但是對于帶用經(jīng)濟(jì),

3、結(jié)果提取方便并能與現(xiàn)行橋規(guī)匹配,在工有寬翼緣的橋梁上部結(jié)構(gòu),其中性軸位置沿著橋程分析中得到了一定應(yīng)用.現(xiàn)有文獻(xiàn)表明,傳統(tǒng)梁寬方向存在較大的變化,使得翼緣有繞其自身質(zhì)[3,4]格法對帶有寬翼緣的上部結(jié)構(gòu),其精度有限,同時心彎曲的趨勢,從而在局部較大地改變了中性其網(wǎng)格劃分和單元剛度計算仍是個難點.為此,基軸位置,要精確得到其中性軸位置是比較困難的.于梁格法的基本原理,結(jié)合實際應(yīng)用,提出寬翼緣為了更準(zhǔn)確地模擬上部結(jié)構(gòu),基于梁格法的基本上部結(jié)構(gòu)分析的改進(jìn)梁格模型,并總結(jié)梁格單元原理,提出寬翼緣上部結(jié)構(gòu)分析的改進(jìn)梁格模型.劃分和截面特性計算的一般原則和方法,旨在快改進(jìn)梁格模型解除

4、了傳統(tǒng)平面梁格法中梁格捷而準(zhǔn)確地用梁格法實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)電算.系必處于在同一平面的約束,允許梁格系在三維空間上分布(圖1).平面梁格模型中梁格系是布置1　梁格法基本原理在整個橫截面的一個近似中性軸上,而在改進(jìn)梁格模型中,每根梁則布置在其所代表部分的各自梁格法的基本思想是用等效梁格代替橋梁上中性軸上.改進(jìn)梁格模型中,所有的梁布置在兩個部結(jié)構(gòu),將分散在板式或箱梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲平面內(nèi),一個是翼緣部分,另一個是主橋面部分,剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi),實兩部分為剛性連接.通常情況下,可以定義一組彈際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi),橫向性模量足夠大的梁(稱為剛性梁)來

5、模擬剛性連[2]剛度集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi).理想的剛度等效接,或者將該組連接梁的截面特性設(shè)置為其它梁原則應(yīng)該滿足:當(dāng)原型實際結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的等效梁格構(gòu)件截面特性的104倍.與此同時,為了保證兩格承受相同荷載時,兩者的撓曲將是恒等的,并且梁格平面不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動及在縱向方向上相對位每一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭矩等于該梁格所代移為零,可定義約束方程耦合各剛性梁兩端結(jié)點表的實際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力.由于實際結(jié)構(gòu)和梁格的各旋轉(zhuǎn)自由度.此外,由于同一梁格平面內(nèi)各梁體系在結(jié)構(gòu)特性上的差異,這種等效只是近似的,存在繞自身中軸彎曲的趨勢,可能使整個梁格模但對一般的設(shè)計,梁格法的計算精度是足夠的.型出現(xiàn)

6、畸變情況.因此,可約束同一平面內(nèi)所有節(jié)收稿日期:2006202224.作者簡介:王富萬(19812),男,碩士研究生;武漢,華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院(430074).典尚設(shè)計-路橋效果圖、三維動畫http://www.dillsun.com增刊1王富萬等:梁格法在橋梁上部結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用·81·點對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)自由度.圖2　箱形梁橫向彎曲示意圖1　某單跨板橋的三種模型示意　　箱梁結(jié)構(gòu)作整體扭轉(zhuǎn)時,大多數(shù)的剪力流通過圍繞著頂板、底板和腹板的周界流動,只有少量3　梁格單元劃分及剛度計算通過中間腹板.剪力2柔性梁格理論認(rèn)為,上部結(jié)構(gòu)內(nèi)的扭矩是由頂板和底板內(nèi)的相反剪力流形成3

7、.1　網(wǎng)格劃分的,抗扭剛度主要由頂板和底板提供.單位縱向或總體上,梁格網(wǎng)格的劃分必須視橋梁上部結(jié)橫向梁格構(gòu)件的抗扭常數(shù)計算222構(gòu)及支座情況而定,然而,根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)原理c=2(h′d′+h″d″)=2hd′d″?(d′+d″).(3)及工程實際經(jīng)驗,可得梁格劃分的一般原則如下.a.梁格網(wǎng)格盡量重合于設(shè)計受力線.例如,平4　算例分析行于預(yù)應(yīng)力或者梁構(gòu)件,沿著邊梁及支座上的受力線等,以有效模擬結(jié)構(gòu)工作狀態(tài).算例　長40m,寬12.8m的雙跨混凝土板橋b.梁格網(wǎng)格盡量符合原型結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布狀空間簡支,其中主體橋面寬8m,厚1m,兩翼緣各況.例