淺談對梁格的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

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1、淺談對梁格的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)上海浦東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司杭州分公司黃聲濤【摘要】:梁格分析法是用計(jì)算機(jī)分析橋梁上部結(jié)構(gòu)比較實(shí)用有效的空間分析方法，它具有基本概念清晰、易于理解和使用等特點(diǎn)，因此在橋梁結(jié)構(gòu)分析中得到了廣泛的采用。但是對于抗扭等需要做整體截面來考慮時(shí)，單梁模型則較真實(shí)得反應(yīng)了結(jié)構(gòu)整體受力性能。【關(guān)鍵詞】梁格法箱梁截面特性空間單梁一、梁格法基本原理梁格法的基本思想是用等效梁格代替橋梁上部結(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鄰近的等效梁格內(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

2、向梁格構(gòu)件內(nèi)。理想的剛度等效原則應(yīng)該滿足:當(dāng)原型實(shí)際結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的等效梁格承受相同荷載時(shí),兩者的撓曲將是恒等的,并且每一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭矩等于該梁格所代表的實(shí)際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力。二、適用范圍梁格法主要針對的是寬跨比較大的直線橋以及圓心角較大的曲線梁橋。之所以需要用梁格體系來分析結(jié)構(gòu)，就是因?yàn)樵井?dāng)作桿系構(gòu)件的梁因?yàn)槌惺芰瞬荒芎鲆暤呐ぞ匾约皺M向彎曲作用。如對于直線寬橋，活載的偏心布置所產(chǎn)生的扭矩不能簡單的用偏載系數(shù)這一概念簡化。而對于曲線梁橋更是如此，首先恒載的不對稱就會(huì)產(chǎn)生一部分扭矩，這種效應(yīng)更使結(jié)構(gòu)不能再用一根桿來進(jìn)行分

3、析計(jì)算。要么在桿件上添加扭矩，要么就得使用梁格法以增加橫向桿件數(shù)量了，或者干脆采用實(shí)體模型分析。雖然梁格法對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了面目全非的簡化，大量幾何參數(shù)要預(yù)先準(zhǔn)備，人為偏差較難避免，但是相對于單梁和實(shí)體單元模型，梁格模型既能考慮橋梁橫截面的畸變，又能直接輸出各主梁的內(nèi)力，便于利用規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，整體精度滿足設(shè)計(jì)要求。正是由于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得梁格法成為計(jì)算曲線梁橋、寬梁橋的最佳方法。三、梁格劃分對于有腹板的箱型、T型梁橋，其梁格模型中縱向主梁的個(gè)數(shù)，應(yīng)當(dāng)是腹板的個(gè)數(shù)。對于實(shí)心板梁，縱向主梁的個(gè)數(shù)可按計(jì)算者意愿決定。全橋順橋向劃分M個(gè)

4、梁段，共有M+1個(gè)橫截面，每個(gè)橫截面位置，就是橫向梁單元的位置。支點(diǎn)應(yīng)當(dāng)位于某個(gè)橫截面下面，也就是在某個(gè)橫向梁單元下面。每一道橫梁都被縱向主梁和支點(diǎn)分割成數(shù)目不等的單元。縱、橫梁單元用同一種最普通的12自由度空間梁單元，能考慮剪切變形影響即可。對于箱梁而言，一般來說，橫向梁格劃分一個(gè)腹板一個(gè)梁格。且假若能盡量滿足劃分梁格后的各個(gè)梁格質(zhì)心與原箱梁腹板的中心重合將對預(yù)應(yīng)力效應(yīng)模擬的準(zhǔn)確性很有幫助。而縱向梁格每跨8到10個(gè)梁格可以基本滿足精度要求。下面結(jié)合箱梁實(shí)例來談一談如何進(jìn)行梁格截面劃分。結(jié)合上述理論分析基礎(chǔ)，我們現(xiàn)以某3×2

5、5m跨連續(xù)箱梁橋?yàn)槔?，采用midas/civil大型通用有限元軟件進(jìn)行模型的梁格法分析。此連續(xù)梁橋單箱雙室截面，橫斷面如圖1所示，建立有限元模型如圖2所示。所選擇的梁格是具有與腹板重合的三根縱向構(gòu)件2、3和4，兩根“虛擬”構(gòu)件1和5則沿懸臂邊緣設(shè)置。代表頂板和底板的橫向構(gòu)件與縱向構(gòu)件正交。梁格的截面特性詳見表1。圖1箱梁斷面圖2梁格簡化模型表1梁格截面特性這里考慮篇幅問題，不進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，只是講述截面劃分方法，但是在建模過程中需注意以下問題：（1）將多室箱梁分割為梁格時(shí)，注意縱梁的中和軸位置應(yīng)盡量一致。（2）每跨內(nèi)的虛擬的橫

6、向聯(lián)系梁數(shù)量不應(yīng)過少（劃分為1.5m左右一個(gè)在精度上應(yīng)能滿足要求）。（3）虛擬的橫向聯(lián)系梁的重量應(yīng)設(shè)為零（可在截面剛度調(diào)整系數(shù)中調(diào)整）。（4）當(dāng)虛擬的橫向聯(lián)系梁懸挑出邊梁外時(shí)，應(yīng)設(shè)置虛擬的邊縱梁（為了準(zhǔn)確地計(jì)算自振周期和分配荷載），此時(shí)可將虛擬的邊縱梁作為一個(gè)梁格進(jìn)行劃分。（5）定義支座時(shí)盡量遵循一排支座中只約束其中一個(gè)支座在橫向、縱向的自由度的原則（否則溫度荷載結(jié)果會(huì)偏大）。另外，多支座時(shí)一般可不約束旋轉(zhuǎn)自由度。（6）彎橋時(shí)應(yīng)注意支座的約束方向（設(shè)置節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)系）。四、模型力學(xué)分析（1）彎、扭計(jì)算對于扭矩的結(jié)果，由于梁格

7、法計(jì)算時(shí)將結(jié)構(gòu)的抗扭分成了兩部分來計(jì)算，即頂?shù)装宓每古べx予縱向梁格，而腹板對整體結(jié)構(gòu)的抗扭貢獻(xiàn)是由腹板的抗剪來體現(xiàn)的（腹板之間有間距，當(dāng)兩塊腹板的剪力方向相反時(shí)，就構(gòu)成了扭矩），所以在這里整體結(jié)構(gòu)的抗扭和縱梁截面的抗剪就產(chǎn)生了混合疊加，當(dāng)然我們可以通過手動(dòng)計(jì)入兩側(cè)腹板剪力流產(chǎn)生的扭矩來得到較為正確的扭矩并無異議，但對于很多情況這并不利于直接指導(dǎo)我們設(shè)計(jì)，比如我們需要觀察扭矩包絡(luò)圖來判斷彎橋偏心的設(shè)置時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)我們直接用單梁模型可以更為節(jié)省時(shí)間和精力而得到可以直接應(yīng)用的數(shù)據(jù)，單梁的缺陷在于不能正確考慮各片梁實(shí)際受力的差異，但這

8、并不影響整體的設(shè)計(jì)，事實(shí)上對于抗扭由于閉合截面和非閉合截面有很大的區(qū)別，不能簡單地對截面進(jìn)行拆分或者疊加，因此對于抗扭配筋，應(yīng)該用單梁的計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行承載能力計(jì)算配筋。而梁格的作用是計(jì)算體現(xiàn)了彎矩在各個(gè)腹板位置的不均勻性，因此對于較寬的彎斜梁應(yīng)該按照梁格計(jì)算的結(jié)果對各縱梁進(jìn)行縱向抗彎的承載