梁格法在鋼箱系桿拱橋仿真模擬中應(yīng)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(yīng)用所注意的因素，按照梁格法理論進(jìn)行相應(yīng)的仿真模擬。結(jié)合相應(yīng)的工程實(shí)例，將施工監(jiān)控中不同施工階段下關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的位移實(shí)測值同有限元模型中提取出來的位移理論值進(jìn)行分析與對比，論證梁格法在鋼箱系桿拱橋仿真模擬中應(yīng)用的可行性。

關(guān)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(yīng)用梁格法進(jìn)行仿真模擬較多，而很少有將梁格法應(yīng)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(yīng)用的實(shí)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(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)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(jié)構(gòu)采用一個(gè)等效的平面梁格或者空間構(gòu)件來模擬。將結(jié)構(gòu)構(gòu)件每一個(gè)區(qū)段內(nèi)的抗彎剛度和抗扭剛度集中到相應(yīng)的鄰近等效梁格內(nèi)進(jìn)行分析，將縱向梁格構(gòu)件的剛度等效于實(shí)際結(jié)構(gòu)的縱向剛度，將橫向梁格構(gòu)件的剛度等效于實(shí)際結(jié)構(gòu)的橫向剛度。

在工程仿真模擬中，梁格法的應(yīng)用是需要考慮相應(yīng)的因素的。梁格的縱向桿件形心高度位置應(yīng)盡量與實(shí)際結(jié)構(gòu)箱梁截面形心一致。在工程仿真模擬中，橫向構(gòu)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(jì)算，往往是將箱型截面的整體抗扭剛度分?jǐn)偟矫科v梁上面。

2.工程實(shí)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(tuán)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(jì)算跨徑156m的下承式鋼箱系桿拱橋。拱圈結(jié)構(gòu)采用箱形截面，主梁為鋼箱梁，以鋼箱梁作為系桿使結(jié)構(gòu)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(shù)m=1.0，矢高h(yuǎn)=30m，矢跨比f=1/4-2。下部結(jié)構(gòu)0號、1號橋臺(tái)均采用重力式U型橋臺(tái)，承臺(tái)樁基礎(chǔ)。

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(gè)節(jié)點(diǎn)，975個(gè)單元。計(jì)算模型見圖1。

圖1 有限元模型

2.3實(shí)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(yīng)的橋梁施工監(jiān)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(shí)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(shí)測值。在施工監(jiān)控過程中，使用高精度水準(zhǔn)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(yīng)的理論值與實(shí)測值進(jìn)行比較。有限元模型中的節(jié)點(diǎn)號8、14、29、45、51分別對應(yīng)主梁的1/8、1/4、1/2、3/4、7/8。結(jié)果如表1、表2所示。

由上述數(shù)據(jù)可知，在二次張拉完成時(shí)主梁位移在節(jié)點(diǎn)8處偏差最大，達(dá)到-11.86%；在節(jié)點(diǎn)14處偏差最小達(dá)到-4.61%。在二期鋪裝完成時(shí)主梁位移在節(jié)點(diǎn)51處偏差最大，達(dá)到-13.44%；在節(jié)點(diǎn)29處偏差最小，達(dá)到1.34%。

3. 結(jié)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(jìn)行分析，盡管分析的結(jié)果比較精確，但是對計(jì)算機(jī)配置要求較高，同時(shí)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(jìn)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(jié)點(diǎn)8、51處位移偏差值較大，達(dá)到-11.86%、-13.44%，有待后續(xù)進(jìn)行更深層次的研究。

參考文獻(xiàn)：

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