梁格法在鋼箱系桿拱橋仿真模擬中應用的可行性研究

許琴+耿永豐+郭麗

摘要：在下承式鋼箱系桿拱橋的仿真模擬中，考慮梁格法應用所注意的因素，按照梁格法理論進行相應的仿真模擬。結合相應的工程實例，將施工監控中不同施工階段下關鍵節點處的位移實測值同有限元模型中提取出來的位移理論值進行分析與對比，論證梁格法在鋼箱系桿拱橋仿真模擬中應用的可行性。

關鍵詞：梁格法；有限元；鋼箱系桿拱橋；可行性研究

0 前言

在以往的工程仿真模擬中，混凝土箱梁或者T梁類橋梁中應用梁格法進行仿真模擬較多，而很少有將梁格法應用到鋼箱系桿拱橋的仿真模擬中來。鑒于梁格法在工程仿真模擬中應用的實用性和簡易性，因此有必要對梁格法在鋼箱系桿拱橋仿真模擬中的應用進行相應的可行性研究。

1. 梁格法理論

梁格法的思路指的是將橋梁上部結構采用一個等效的平面梁格或者空間構件來模擬。將結構構件每一個區段內的抗彎剛度和抗扭剛度集中到相應的鄰近等效梁格內進行分析，將縱向梁格構件的剛度等效于實際結構的縱向剛度，將橫向梁格構件的剛度等效于實際結構的橫向剛度。

在工程仿真模擬中，梁格法的應用是需要考慮相應的因素的。梁格的縱向桿件形心高度位置應盡量與實際結構箱梁截面形心一致。在工程仿真模擬中，橫向構件的間距往往不宜超過縱向梁肋板之間的間距，這樣是為了滿足荷載在橫橋向方向上正確的傳遞性。對于縱梁的抗扭剛度的計算，往往是將箱型截面的整體抗扭剛度分攤到每片縱梁上面。

2.工程實例分析

2.1工程背景

遵義市跨湘江河大橋是遵義市城市組團新南大道的重要組成部分。該橋梁起訖樁號為K1+446-9～K1+626.9，全長179m，橋梁為計算跨徑156m的下承式鋼箱系桿拱橋。拱圈結構采用箱形截面，主梁為鋼箱梁，以鋼箱梁作為系桿使結構形成無推力的系桿拱。拱圈吊下端錨固于鋼箱梁底板處。拱軸線采用懸鏈線，拱軸線系數m=1.0，矢高h=30m，矢跨比f=1/4-2。下部結構0號、1號橋臺均采用重力式U型橋臺，承臺樁基礎。

2.2有限元模型建立

按梁格法原理，采用有限元軟件Midas Civil建立該橋的空間模型，共384個節點，975個單元。計算模型見圖1。

圖1 有限元模型

2.3實測值與理論值比較

在該橋的施工階段過程中，筆者參與了相應的橋梁施工監控工作。筆者選取了該橋在施工階段過程中二次張拉完成下主梁1/8、1/4、1/2、3/4、7/8處位移實測值以及二期鋪裝完成下主梁1/8、1/4、1/2、3/4、7/8處位移實測值。在施工監控過程中，使用高精度水準儀測量不同施工階段下主梁的位移值。提取了Midas civil中相對應的理論值與實測值進行比較。有限元模型中的節點號8、14、29、45、51分別對應主梁的1/8、1/4、1/2、3/4、7/8。結果如表1、表2所示。

由上述數據可知，在二次張拉完成時主梁位移在節點8處偏差最大，達到-11.86%；在節點14處偏差最小達到-4.61%。在二期鋪裝完成時主梁位移在節點51處偏差最大，達到-13.44%；在節點29處偏差最小，達到1.34%。

3. 結語

二次張拉完成主梁位移表1

二期鋪裝完成主梁位移表表2

二期鋪裝完成主梁位移表表2以往對于鋼箱系桿拱橋的仿真模擬往往采用板單元進行分析，盡管分析的結果比較精確，但是對計算機配置要求較高，同時工作繁瑣。對梁格法在鋼箱系桿拱橋仿真模擬中的可行性研究有助于工程人員更便捷對此類橋型進行初步的分析與研究。

對梁格法在鋼箱系桿拱橋仿真模擬中，在節點8、51處位移偏差值較大，達到-11.86%、-13.44%，有待后續進行更深層次的研究。

參考文獻：

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