梁格法分析裝配式連續(xù)彎梁橋虛擬橫梁剛度的取值研究

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1、梁格法分析裝配式連續(xù)彎梁橋虛擬橫梁剛度的取值研究122李克冰，宋建永，曹一山(1．北京交通大學(xué)，北京100044;2．交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京100088)摘要:梁格法是橋梁結(jié)構(gòu)空間分析的一種有效方法，梁格系中虛擬橫梁剛度的選取是保證梁格法計(jì)算精度的關(guān)鍵，但是橫梁剛度的取值沒有規(guī)范的方法。文章以一座4跨裝配式連續(xù)彎梁橋?yàn)槔?，建立空間梁格模型，通過改變虛擬橫梁的剛度進(jìn)行計(jì)算分析，并與空間實(shí)體單元有限元模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比研究，探討了虛擬橫梁剛度的合理取值，為梁格法在此類橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算中的應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞:裝配式小箱梁;連續(xù)彎梁橋;梁格法

2、;虛擬橫梁剛度;實(shí)體有限元中圖分類號(hào):U44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B公路橋梁中，對于結(jié)構(gòu)半徑較大的中小跨徑混凝橋面寬度為0.5+10.75+0.5=11.75m，主梁采用土彎橋，往往采用“以直代曲”的方法實(shí)現(xiàn)，即橫C50混凝土。中梁頂板寬2.4m，邊梁頂板寬向采用多片直梁(空心板梁、小箱梁或T梁)叉開2.725m，底板寬均為1m。邊梁外側(cè)翼板寬0.6m，端布置，逼近設(shè)計(jì)曲線，對于結(jié)構(gòu)內(nèi)外弧線則通過懸臂部厚0.2m，根部厚0.3m;主梁梁高為2m;箱梁間翼緣板來調(diào)節(jié)?！耙灾贝苯ㄔ斓膹潣蛟趯?shí)際工程由0.5m寬的現(xiàn)澆板連接。跨中主梁截面頂板厚度為中有著非常廣

3、泛的應(yīng)用。目前，通用的計(jì)算方法主要0.22m，底板厚度為0.18m，腹板厚度為0.20m。墩有梁單元法、板殼單元法、三維實(shí)體單元法以及梁格頂橫梁附近進(jìn)行了局部加強(qiáng)，底板厚由0.18m漸變法。其中，梁單元法無法得到內(nèi)力的橫向分布，板殼為0.32m，腹板厚由0.20m漸變?yōu)?.32m。底板及腹單元法與實(shí)體單元法模型復(fù)雜，計(jì)算費(fèi)用高，數(shù)據(jù)處板厚度漸變范圍相同，漸變長度均為4m。每片梁在理繁瑣。梁格法作為一種簡潔，有效的結(jié)構(gòu)分析方橋墩處采用雙支座，支座沿箱梁中心線對稱布置，橋法，特別是在結(jié)果的處理分析上，比板殼單元法與實(shí)梁總體布置圖如圖1所示。體單元法有

4、著更強(qiáng)的直觀性和適用性。梁格法的計(jì)算2空間梁格分析精度主要取決于梁格單元截面特性的正確計(jì)算和構(gòu)件間連接關(guān)系的正確模擬，對于沒有橫隔梁的上部結(jié)2.1梁格模型構(gòu)，需用虛擬橫梁模擬縱向構(gòu)件之間的橫向聯(lián)系。虛梁格法實(shí)質(zhì)上是用一個(gè)等效的梁格體系來代替箱擬橫梁剛度的選取成為保證用梁格法分析該種橋梁計(jì)梁橋的上部結(jié)構(gòu)。所謂等效梁格，是指在承受相同的算精度的關(guān)鍵，但在其取值上沒有規(guī)范的方法。荷載時(shí)，與原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形一樣，而且任一梁本文以某座四跨裝配式小箱梁連續(xù)彎梁橋?yàn)楣こ谈駜?nèi)的內(nèi)力等于該梁所代表的原型結(jié)構(gòu)相應(yīng)部分的截背景，建立了該橋的梁格模型，分析了采用不同

5、虛擬面應(yīng)力的合力，也就是假定將上部結(jié)構(gòu)中每一區(qū)格內(nèi)橫梁剛度情況下，邊跨與中跨跨中截面彎矩在各片小的抗彎剛度和抗扭剛度集中到最近的梁格中，縱向剛箱梁之間的分配情況，并與實(shí)體有限元方法的計(jì)算結(jié)度集中在縱向構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中在橫向構(gòu)件內(nèi)。果進(jìn)行了對比研究，最終給出了用梁格法分析此類橋梁格單元?jiǎng)澐值氖杳艹潭?，直接影響到結(jié)構(gòu)的計(jì)算精型時(shí)虛擬橫梁剛度的取值建議。度，劃分時(shí)應(yīng)考慮力在原箱梁內(nèi)的傳遞方向，以及原箱梁的變形特征，同時(shí)考慮加載的方便，還應(yīng)明確結(jié)1工程背景構(gòu)分析的目的。某高速公路改建工程中K577+484左幅特大橋第本文采用有限元軟件MIDAS/Ci

6、vil建立空間梁格6聯(lián)4×40m鋼筋混凝土箱梁橋，曲率半徑為278m，模型，以考慮剪切變形的縱向梁單元模擬小箱梁，以作者簡介:李克冰(1988－)，男，山東泰安人，碩士，研究方向公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2012年7期(總第91期)241橋隧工程圖1橋梁總體布置圖/cm虛擬橫梁模擬箱梁間的橫向聯(lián)系，橫梁垂直于縱梁，工況3:中跨跨中最大彎矩正載。形成梁格體系，建立的模型如圖2所示。縱向梁單元工況4:中跨跨中最大彎矩偏載。的截面根據(jù)小箱梁實(shí)際截面確定。虛擬橫梁的截面高其中，均布荷載取為公路I－級(jí)車道荷載均布荷度取翼緣板的厚度0.22m。橫梁的間距不宜過大以免

7、載標(biāo)準(zhǔn)值qk=10.5kN·m，集中荷載取為公路I－級(jí)引起較大誤差;也不宜過密，增加計(jì)算量卻不能使梁車道荷載集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk=320kN。格模型更接近原結(jié)構(gòu)。根據(jù)文獻(xiàn)［4］中橫梁截面寬2.3計(jì)算結(jié)果度取5m，邊橫梁根據(jù)實(shí)際寬度選為變截面。為避免對建立的空間梁格模型進(jìn)行了上述4種工況下的橋面板自重重復(fù)計(jì)入，將虛擬橫梁的自重調(diào)整系數(shù)設(shè)計(jì)算。在工況1與2下關(guān)注邊跨跨中截面的彎矩分配為零。虛擬橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度及其繞豎軸的抗彎剛度對情況，在工況3與4下關(guān)注中跨跨中截面的彎矩分配縱向梁格抗彎有利，不應(yīng)重復(fù)計(jì)入，也應(yīng)將其調(diào)整系情況。圖3為虛擬橫梁剛度取初始剛度

8、時(shí)工況1～4數(shù)設(shè)為零。以上述設(shè)定下的虛擬橫梁剛度為初始剛的橋梁彎矩圖。度，通過改變虛擬橫梁繞橫軸抗彎剛度的調(diào)整系數(shù)來改變虛擬橫梁的剛度進(jìn)