基于梁格法的預(yù)制箱梁橫向剛度模擬研究

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1、基于梁格法的預(yù)制箱梁橫向剛度模擬研究楊圣超，夏興佳73基于梁格法的預(yù)制箱梁橫向剛度模擬研究楊圣超，夏興佳(中交路橋技術(shù)有限公司，北京100018)摘要：為準(zhǔn)確模擬預(yù)制箱梁空間梁格模型的橫向剛度，以準(zhǔn)興重載高速公路魏家村中橋右幅橋?yàn)楸尘?，研究預(yù)制箱梁空間梁格模型中虛梁形式對(duì)橫向剛度的影響。該橋?yàn)?×2om預(yù)制混凝土連續(xù)箱梁橋，按交工靜載試驗(yàn)滿載加載，測(cè)試主梁的應(yīng)變和撓度；采用MIDASCivil軟件建立3種虛梁形式的主梁空間梁格模型，計(jì)算設(shè)計(jì)荷載和試驗(yàn)荷載下主梁彎矩、最大正彎矩工況下主梁的應(yīng)變和撓度以

2、及相應(yīng)校驗(yàn)系數(shù)，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：空間梁格模型的橫向剛度隨虛梁剛域長(zhǎng)度的增加、虛梁有效長(zhǎng)度的減小而增大，且將虛梁自縱梁中心開始到縱梁腹板內(nèi)側(cè)邊緣為止設(shè)置為梁端剛域時(shí)，空間梁格模型模擬的橫向剛度與實(shí)際橋梁的橫向剛度最為接近。關(guān)鍵詞：連續(xù)粱橋；預(yù)制箱梁；梁格法；橫向剛度；虛梁；剛域長(zhǎng)度；有效長(zhǎng)度；靜載試驗(yàn)；有限元法中圖分類號(hào)：U448．213；U446．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671—7767(2016)02-0073-041引言箱梁，橋梁設(shè)計(jì)荷載為1．3倍的公路一工級(jí)。橋梁梁格理論最

3、早由Lightfoot等口提出并在計(jì)算立面和跨中橫斷面布置分別如圖1和圖2所示。機(jī)上得以實(shí)現(xiàn)，之后Hambly[2]對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)和準(zhǔn)格爾興和推廣。橋梁領(lǐng)域的梁格法借鑒了梁格理論，可以有．2000．2000．2000．2000．效地模擬荷載試驗(yàn)所需結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和撓度狀態(tài)[3]，即以空間梁格模型模擬上部結(jié)構(gòu)]，將分散在箱梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于縱向梁格，橫向剛度則集中于橫向梁格E。該方法建立在等效原則基礎(chǔ)上，假定實(shí)際結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的等效梁格承受相同荷載時(shí)，兩者的撓曲與內(nèi)力均相等]，縱向梁格

4、即為實(shí)際的縱向主梁，而橫向梁格需要建立有剛度而無(wú)質(zhì)量的虛梁，剛度與構(gòu)件的截面特性有關(guān)，因此虛梁?jiǎn)卧慕孛嫣匦猿蔀槟Ｐ蜏?zhǔn)確與否的關(guān)鍵嘲。單位：cm模擬橫向剛度的傳統(tǒng)方法是將主梁翼緣板厚度圖2魏家村中橋右幅跨中橫斷面作為虛梁截面厚度，用梁?jiǎn)卧獙⑾噜?片主梁連成梁格，虛梁兩端節(jié)點(diǎn)與主梁節(jié)點(diǎn)共節(jié)點(diǎn)。該方法可3靜載試驗(yàn)以近似準(zhǔn)確地模擬T梁的橫向剛度，但不能準(zhǔn)確地3．1工況設(shè)置模擬預(yù)制箱梁的橫向剛度。為研究預(yù)制箱梁空間梁在交工靜載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照交工靜載試驗(yàn)格模型的橫向剛度，以準(zhǔn)興重載高速公路魏家村中橋右幅—

5、—4×2Om預(yù)制混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)楸碀M載加載，邊跨測(cè)試截面距0號(hào)臺(tái)背8m，中跨測(cè)試景，結(jié)合靜載試驗(yàn)和有限元仿真分析法進(jìn)行研究。截面距1號(hào)墩中心線10m。3．2測(cè)點(diǎn)布置2工程概況靜載試驗(yàn)主要是對(duì)構(gòu)件邊緣最大拉應(yīng)力進(jìn)行測(cè)準(zhǔn)興重載高速魏家村中橋右幅為4×20m預(yù)試，由于負(fù)彎矩區(qū)最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在主梁頂面，這對(duì)制混凝土小箱梁橋，上部結(jié)構(gòu)采用C5O混凝土預(yù)制于成橋的測(cè)試較難實(shí)現(xiàn)，而正彎矩區(qū)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)能布收稿日期：2015一O9—24作者簡(jiǎn)介：楊圣超(1980-)，男，高級(jí)工程師，2002年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木

6、工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，2005年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士(E—mail：yangshengchaoo1@126．corn)。74世界橋梁2Ol6，44(2)置到受拉最大的主梁底面，因此在主梁底面布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，對(duì)正彎矩下的結(jié)果進(jìn)行測(cè)試，以較好地反映4數(shù)值分析主梁的受力狀態(tài)。4．1有限元模擬采用GK一4000振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行主梁應(yīng)變測(cè)采用MIDASCivil軟件建立試驗(yàn)聯(lián)跨空間梁格試，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)均布置在測(cè)試截面各片主梁底面距腹模型，通過(guò)變換虛梁的梁端剛域長(zhǎng)度改變橋梁橫向板邊緣10cm

7、處，每片主梁布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，2個(gè)測(cè)點(diǎn)剛度。第1種模型虛梁不設(shè)置梁端剛域，此時(shí)虛梁應(yīng)變的平均值作為該片主梁的應(yīng)變實(shí)測(cè)值；采用數(shù)稱為虛梁一，虛梁的長(zhǎng)度即為有效長(zhǎng)度；第2種模型顯百分表進(jìn)行主梁撓度測(cè)試，撓度測(cè)點(diǎn)均布置在測(cè)中虛梁取剛域①，即所有橫向虛梁自縱梁中心開始試截面各片主梁底面中心。應(yīng)變和撓度測(cè)點(diǎn)布置示到縱梁腹板內(nèi)側(cè)邊緣為止設(shè)置為梁端剛域，此時(shí)虛意如圖3所示。梁稱為虛梁二，對(duì)應(yīng)的虛梁有效長(zhǎng)度為虛梁去掉兩i450端剛域①的長(zhǎng)度；第3種模型中虛梁取剛域②，即所i35050有橫向虛梁自縱梁中心開始到縱梁腹板外

8、側(cè)邊緣為止設(shè)置為梁端剛域，此時(shí)虛梁稱為虛梁三，對(duì)應(yīng)的虛梁有效長(zhǎng)度為虛梁去掉兩端剛域②的長(zhǎng)度。梁端剛域的位置和虛梁有效長(zhǎng)度如圖5所示。注：“·”為應(yīng)燹測(cè)點(diǎn)：“±”為撓度測(cè)點(diǎn)。i／2跨中橫斷面(虛粱二)I／2跨中橫斷面(虛粱三)單位：cm圖3應(yīng)變和撓度測(cè)點(diǎn)布置示意3．3加載車輛布置采用6輛450kN歐曼牌后雙橋、后八輪321馬力載重卡車進(jìn)行加載，試驗(yàn)車輛兩后軸重360kN，前軸重90kN。車輛加載位置以后軸為基準(zhǔn)，邊跨和中跨加載車輛布置如圖4所示。準(zhǔn)格爾圖5梁端剛域的位置