梁格法进行曲线箱梁空间分析实例.pdf

2014年6月第6期
城市道桥与防洪
桥梁结构97
梁格法进行曲线箱梁空间分析实例
朱锋
(北京迈达斯技术有限公司桥隧技术部,北京市100044)
摘要:该文以某高速公路立交匝道桥为工程实例,应用三维有限元分析设计程序 midas Civil进行梁格法空间分析,重点闻述剪力柔
性梁格理论中纵横梁的截面特性计算方法。并与单梁计算结果进行对比,得出两种分析方法反力的差异。
关键词:岫线箱梁;梁格法;反力
中图分类号:U448.2113、U4415
文献标识码:B
文章编号:1009-7716(2014)06-0097-02
整体截面间的等效性。主要调整依据是抗弯计算
1工程概述
中性轴各分割截面与原整体截面保持一致。从而
某桥为高速公路互通式立交匝道桥,桥梁全衍生两种截面分割方式。方式一通过反复试算顶
长87m,桥梁全宽10.5m。桥梁上部结构为底板的分割位置,保证分割后的各纵梁中性轴与
(23+35+23)m单箱双室连续箱梁,下部结构为柱整体截面一致。对于本例截面分割如图1所示。方
式桥墩,柱式桥台,钻孔灌注桩基础。该桥位于半式二任意刘分顶底板,最终通过调整各分割后纵
径68m的圆曲线上。主要设计标准:桥梁结构设梁的中性轴位置(本例以距截面对称轴1.5m作为
计基准期100a;环境类别:∏类;荷载标准:公路-1划分位置),并进行强制移轴计算各纵梁的截面特
级
性值。截面特性计算及调整情况如表1所列,这里
2剪力柔性梁格理论及三维空间模型的建立要特别注意抗扭刚度1x不是全截面抗弯刚度Iy
的两倍,根据纵梁顶底板的剪应力分布情况梁格
2.1剪力柔性梁格理论概述
理论提出的抗扭刚度修正没有考虑腹板的贡献。
剪力柔性梁格理论最早为设计人员所熟知的故抗扭刚度不是全截面纵梁计算得到的抗弯刚度
著作是英国汉勃利教授所著《桥梁上部构造性能》的2倍,仅为顶底板形成的“二字”型截面计算抗
一书。而后戴公连及李德建教授所著《桥梁空间分弯刚度的2倍。横梁截面特性的计算方法和调整
析设计方法与应用》成为国内工程师进行空间梁方式与纵梁类似,在此不再赘述。
格分析的重要参考资料。
剪力柔性粱格理论的核心思路是将箱梁的各
1421542
腹板考虑为纵梁,横梁隔板考虑为横梁,同时桥面
板及底板形成虚拟横梁。最终由纵横梁组成的梁
格体系等效原空间实体结构。最常见的误区是直
接分割纵横梁,形成分割后的几何模型认为是等
103L1033
效的梁格模型。以纵梁为例,整体截面在外荷载作
用下绕截面中性轴弯曲,而任意划分的几何模型
图1截面分割方式一示意图
各纵梁中性轴很难保证位于同一高度。故这种粗
表1截面特性调整表
糙的划分方式是不能实现结构等效原则的。梁格
特性值
糍体截面
分后
调整后
法的主要工作是如何确定纵横梁的截面特性。上
6.9662
2,22062
2.22062
文两本著作梁格法部分主要阐述的也是纵横梁截
4.01636
1.40729
1.40729
Asz/m"
2.44028
0.831578
0.831578
面特性的调整方法。
10.2791
1.22106
1.22106
2.2纵横梁截面特性调整
4.07633
1.23424
1.24078
纵梁特性调整方法如下
40.3197
0.942524
0.942524
纵梁调整的主要目的是实现各分割截面与原
1.39656
4.625
1.828
收稿日期:2014-01-22
0.902476
0.902476
作者简介:朱锋(1980-),男,北京人,工程师,桥隧技术部经理,
1.19752
1.19752
从事桥隧工程技术管理工作。
98桥梁结构
城市道桥与防洪
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2.3三维空间模型建立
从表2不难发现对于本例计算曲线箱梁支反
根据上述方法可以计算得到整体结构分割为力的计算存在最大10%的误差。随着曲线半径及
梁格体系后纵横梁的截面特性调整系数。 midas跨度的变化相应的误差也会增大。考虑到目前软
Civi程序提供梁格法建模助手功能,可以根据用件已经很好地解决了梁格法计算截面调整系数手
户定义整体截面,提供上述两种方法自动划分截算工作量较大的问题,梁格和单梁模型计算的工
面,并调整截面特性。该例由此建模着手自动生成作量相差不多,且可得到更真实的计算结果,完全
全桥三维梁格模型如图2所示。与此同时建立单梁可以作为主要计算手段被分析人员所采用。
空间三维模型(见图3),以便对计算结果进行比较
此外,梁格模型可以得到单梁模型不能得到的
各腹板受力不均匀的内力(应力结果)。现整理成
桥内力状态及活载内力状态如下图4、图5所示。
POST --
写老y
229347e+003
1.91257e+-003
153166e+003
1,15076=+003
759852=+002
图2全桥三维梁格模型
32,88961e+002
0000e+000
3,7284e+002
753743e+002
1.51555=+003
1.89645e003
图4成桥内力图示
MID AS/Owl
图3三维单梁模型
5,35660e+003
2.4荷载及效应的施加
4,52118e+003
3.685766+003
(1)自重考虑容重:25kNm2;
289035e+003
2D1493e+003
(2)二期荷载:中梁4.5kNm,边梁14.6kNm
1.17952e+003
含防撞护栏);
4,9131ae+002
1.32673e+003
(3)温度荷载:整体升温(+30,-20)℃,温度梯
2,16215e+003
299756e+003
度按规范值采用;
3839e+003
(4)预应力荷载:通常東采用15×7中5钢纹
图5活载内力图示
线,墩顶短東采用5×7中5钢绞线
(5)其余荷载:按规范值采用
4结语
3梁格模型与单梁模型计算结果对比
本文结合具体工程实例重点阐述剪力柔性梁
格理论中,总横梁截面特性的调整方式。并对比了
由于曲线箱梁比较关注的计算结果是否出现该桥梁格模型计算所得反力与单梁结果的差异。
负反力,避免由于支座出现负反力造成结构耐久梁格法作为被广大设计人员所常用的分析方法,目
性甚至倾覆等问题。现将计算结果整理如表2所前还存在如下问题需要进一步研究和总结。目前
列
现有资料大多对外荷载下梁格模型的受力性能进
表2单梁与梁格反力结果对比表(单位:kN)
行研究,很少见到对温度效应收缩徐变效应如何
通过梁格法准确模拟的问题。现有规范对荷载要
曲线外侧
曲线内侧
求,以及有关计算的规定大多针对传统的单梁模
项目0号1号2号3