梁格法在預制混凝土箱梁橋空間分析中的應用

2017-03-28 08:05:09侯娜

城市道橋與防洪 2017年2期

關鍵詞：箱梁橋梁模型

侯娜

（西安市市政設施管理局橋梁監測中心，陜西西安 710016）

梁格法在預制混凝土箱梁橋空間分析中的應用

侯娜

（西安市市政設施管理局橋梁監測中心，陜西西安 710016）

簡要闡述了預制混凝土箱梁橋計算模型的主要方法：考慮橫向分布系數的單梁模型、等效梁格模型、實體模型。通過工程實例單梁模型和梁格模型的內力、應力對比分析，驗證了梁格法在預制混凝土箱梁橋分析中的有效性和精確性，為相關工程提供借鑒經驗。

箱梁橋；單梁；梁格；橫向分布系數

0 引言

剛接梁橋結構的計算模型主要方法有：考慮橫向分布系數的單梁模型、等效梁格模型、實體模型。單梁模型是通過引入荷載橫向分布系數，將橋梁的空間受力狀態轉化為平面桿系受力狀態，從而進行單梁模型的計算。該計算方法簡便,且精度一般能滿足計算要求，應用廣泛。梁格法理論是將橋梁上部結構用等效的梁格來計算分析，計算結果能夠體現結構的空間效應（與單梁模型相比），模型結果能直接輸出結構內力，便于利用規范進行強度驗算，常與單梁模型互為校核，與實體單元法相比具有構建結構單元簡單、運算量小、效率高、計算精度高等優點。實體模型是對橋梁整個結構進行三維有限元離散,可求得橋梁全部的變形,但建模工作量大，費時較多，輸出的應力結果不能直接用于強度計算，實際工程使用較少。

梁格法是分析橋梁上部結構比較實用有效的分析方法，概念清晰，易于操作，在橋梁結構分析中得到廣泛應用。它的主要思路是將上部結構用一個等效梁格來模擬，將分散在箱梁每一區段內的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內[1]，實際結構的縱向剛度集中于縱向梁格構件內，橫向剛度集中于橫向梁格構件內。分析梁格的受力狀態得到橋梁的受力狀態。理想狀態是當實際結構和對應的等效梁格承受相同荷載時，兩者的撓曲、彎矩、剪力、扭矩將是相等的。

1 工程實例

榆溪大橋為4×20m預應力混凝土箱梁，后張法部分預應力A類構件。橋梁交角90°。橋梁平面位于直線上，設計荷載：公路I級車道荷載，按三車道加載。橋面總寬度為12m，寬度組合為：0.5m（護欄）+11m（行車道）+0.5m（護欄）=12m。現對4×20m連續箱梁橋分別建立考慮橫向分布系數的2號中梁模型和梁格法模型，將兩者的計算結果進行比較，從而驗證梁格法在剛接梁橋空間分析中的有效性。其標準橫斷面如圖1所示。

圖1 上部構造橫斷面圖（單位：mm）

2 單梁模型的建立

該橋有現澆濕接頭、梁端橫隔板，基本結構是剛接受力，因此，汽車荷載橫向分布系數按剛接板梁法計算。剛接板(梁)法適用特點是：當相鄰的板梁之間可近似看成整體板的情況下可以采用剛接梁法計算荷載橫向分布系數。這種方法在計算過程中不僅考慮了剪力在橫橋向的傳遞，同時也考慮了彎矩在橫橋向的傳遞。表1為2號中梁影響線數值表。

表1 2號中梁影響線數值表

由橫向分布系數計算結果分析可知：2號中梁橫向分布系數取0.606。橋的主梁單元采用MIDAS中的“BeamElement”梁單元來進行模擬。根據榆溪大橋結構的特點，中梁劃分了80個單元。其中支點截面為1、20、40、60、80號單元，邊跨跨中截面為10號和70號單元。中跨跨中截面為30號和50號單元。圖2為2號中梁模型圖。

圖2 2號中梁模型圖

3 梁格模型的建立

將小箱梁上部結構劃分為縱向梁格和橫向梁格，根據實際縱梁的中軸位置設置縱向梁格，程序自動計算截面尺寸及截面剛度。橫向梁格通過實際橫隔板和虛擬橫梁模擬。實際橫隔板按照實際結構位置建模，以得到真實的自重和剛度，其他位置建立相當于實際頂板剛度的虛擬橫梁。虛擬橫梁的截面為“一”字型截面，高度取翼緣板的厚度，長度取1.26m。虛擬橫梁不計自重，可在截面特性值中調整。該模型共有縱梁4道，1米1個單元，共計320個單元，每米縱梁之間有虛擬橫梁連接，共76道，228個單元。實際橫隔板5道，15個單元。全橋梁格模型如圖3所示。