梁格法在宽幅独塔斜拉桥分析中的应用.pdf

80桥梁结构
城市道桥与防洪
2014年11月第11期
梁格法在宽幅独塔斜拉桥分析中的应用
鲁传安
(上海市政T程设计研究总院(集团)有限公司,上海市2000)
摘要:宽幅独塔斜拉桥由于空间受力效应明显,尤其是宽跨比较大时,空间梁单元法已不能满足受力分析需要。采用空间分析的
种有效方法一一梁格法进行计算,结果表明箱梁各腹板受力不均,配東应根据各腹板受力情况相应调整,其次对横梁进行比较分
析,也得出了一些结论,为今后此类桥梁结构设计提供了借鉴。
关键词:梁格法;独塔斜拉桥;宽;横梁
中图分类号:U448.27
文獻标识码:A文章编号:1009-7716(2014)11-0080-04
0引言
83m,桥面总宽30m。桥塔采用帆形塔,塔高
62m;加劲梁采用预应力混凝土箱梁,梁高2.6m;
随着我国经济的迅猛发展及工程技术的日益拉索采用扇形布置,加劲梁上拉索间距6m。主桥
成熟,人们不再满足桥梁单一的使用功能要求,更采用塔梁墩固结体系,边墩纵向采用滑动支座,横
加注重景观上的美学视觉冲击,特别是城市桥梁向单侧约束。
体现得尤为賜显。独塔斜拉桥凭借其造型优美较
主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构,单箱四
为经济合理、强大跨越能力等优点,越来越多的被室断面,梁高2.6m。顶板宽30m,厚0.25m;底板
广泛运用于城市跨线、跨河等中等跨径桥梁中。目宽17m,厚0.25m。边腹板采用斜腹板,其他腹板
前总体计算方法主要有空间梁单元法、梁格法及采用直腹板,中间拉索锚固腹板厚2.1m,其他腹
板壳三维实体有限元方法。空间梁单元法不能模板厚0.45m。悬臂长3m,悬臂端部高0.2m,根部
拟内力的横向分布,且宽跨比较大时,计算结果不高0.6m。拉索错固横梁顺桥向宽度为0.45m,边
能很好地反应真实受力情况。板壳三维实体有限墩顶横梁宽度为2.2m,塔梁固结段横梁宽3.5m。
元方法建模计算过程比较繁琐。梁格法是借助计主梁标准横断面如图1所示。
算杋分析桥梁上部结构的一种有效实用方法。它1.2模型建立
易于理解和使用,在桥梁结构设计中得到了广泛的
本文分别建立单梁模型与梁格模型进行总体
应用。它适用于板式、梁板式、箱梁上部结构及各计算,并对结果进行比较。建立的模型均基于大型
种组合体系桥梁
分析软件 Midas Civil2010。
梁格法的主要思路是将上部结构用一个等效
单梁模型,主梁、索塔及桥墩采用空间梁单元
梁格来模拟,将分散在板式或箱梁每一区段内的弯模拟,斜拉索用桁架单元模拟。全桥模型共189个
曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内,实节点,169个单元;梁格模型除了主梁模拟与单梁
际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内,而横向模型不同以外,其余均同单梁模型。主梁按箱梁腹
刚度则集中于横向梁格构件内,从理论上讲,梁格板个数离散成5根纵梁。本模型采用从各室中间
必须满足以下等效原则:当原型实际结构和对应的切开,此时虽然各工字梁的中性轴不再和箱梁截面
等效梁格承受相同荷载时,两者的挠曲应是恒等中性轴在同一直线上,但是根据整截面的中性轴
的,而且在任一梁格内的弯矩、剪力和扭矩应等于高度对各纵梁进行强制中性轴,从而得到强制中
该梁格所代表的实际结构部分的内力习
性轴后的截面惯性矩,即构件的惯性矩和截面模
1分析模型
量仍然取绕整体上部结构的主轴来计算。
横梁模拟在实际的中横梁、端横梁及拉索横梁
1.1工程概述
处,设置实横梁,以实际截面输人,每侧计人6倍
该桥为独塔单索面斜拉桥,跨径布置为83m+顶板厚度,截面呈工字型;在非实际横梁处设置虚
横梁,沿纵桥向间距取3m,以工字型截面输入
收稿日期:2014-06-27
上下缘厚度分别取箱梁顶底板厚,腹板厚度取
作者简介:鲁传安(1983-),男,安徽宣城人,硕士,工程师,从
事桥梁设计工作
极小值。为了保证整个桥梁恒载准确,将虚横梁自
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城市道桥与防洪
桥梁结构81
4750
50
4750
1000
mmo∞=
3000
3500
787500%
62532
0.0%k
3000
图1主梁横断面图(单位:mm)
重设置为零?。梁格模型见图2,梁格离散横断面如种建模方法的跨中最大竖向位移均很接近。
图3所示。
综上所述,梁格法建模的计算结果与单梁模
型吻合较好,说明梁格法建模计算结果正确可信。
2计算分析
2.1梁格受力分析
由于本文所研究桥梁为宽幅桥,且为单索面,
空间受力效应明显。为了比较分析各腹板受力的
图2梁格模型
不同,将单梁模型计算结果平均分配到5根纵梁,
再和梁格模型的各根纵梁计算结果进行比较。主
梁格1
梁格2
梁格3
梁格5
要比较了恒载、索力、汽车活载及人群活载4种工
一
况。截面弯矩位置取跨中和中墩顶两处。比较结果
图3纵向梁格离散示意图
见图4~图7。
1.3结果比较
由图4~图7可知,在恒载、索力及活载作用
为了验证两种建模方法的静力分析结果是否下,各道纵梁弯矩分配存在明显不均匀现象,1号、
等效,需要保证两种模型在各种荷载工况作用下5号纵梁(边梁)最小,3号纵梁(中梁)最大。跨中
计算结果相符。在梁格空间分析结果中,各纵梁的截面处,1号、5号纵梁约占总弯矩比为15%,2号、
弯矩、剪力代数和即为整个纵梁的总弯矩和总剪4号纵梁约占总弯矩比为18%,3号纵梁约占总弯
力,各单纵梁竖向挠度平均值即为整个纵梁的竖矩比为35%;而墩顶位置处三者所占总弯矩比分
向挠度,将此结果与单梁模型对应位置的内力及判约为10%、15%、50%。经比较发现,跨中各纵梁
位移进行比较。限于篇幅,本文内力仅列出跨中、所占总弯矩比与各纵梁抗弯刚度占比基本一致
墩顶弯矩比较结果,位移仅列出跨中挠度比较结而墩顶则不一致。
果,分别如表1、表2所示。
综上所述,各道纵梁弯矩分配不均匀,在进行
由表1可知,在恒载、索力及活载作用下,梁主梁顶应力配束时应考虑此因素影响,不能按单
梁模型简单平均分配腹板束或者顶底板束。
格模型与单梁模型跨中及墩顶弯矩最大相差6%,2.2横梁计算内力方法比较
最小相差1%,故可认为二者内力基本相同。但是
墩顶位置单梁模型计算结果较梁格模型大,而跨
般采用单梁模型进行纵向计算时,横梁计
中结果相反,这是由于梁格模型考虑了横梁的刚算采用简化计算方法进行计算。本文所研究单索
度,对纵向内力产生一定影响。
面斜拉桥,拉索布置在主梁中心,中支点横梁仅中
从表2可以看出,无论恒载还是汽车活载,两部与塔固结,故拉索区横梁及中支点横梁简化计
表1单梁模型与梁格模型内力比较表
恒载
索力
汽车活载
人群活载
位置
模型
弯矩kN?m梁格/单梁弯矩kN?m梁格/单梁弯矩kN·m梁格/单梁弯矩kN·m梁格/单梁
梁格模型-507483
360540
13457
墩顶
0.94
单梁模型-529132
384826
-27754
13786
梁格