梁格法分析装配式连续弯梁桥虚拟横梁刚度的取值研究

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1、梁格法分析装配式连续弯梁桥虚拟横梁刚度的取值研究122李克冰，宋建永，曹一山(1．北京交通大学，北京100044;2．交通运输部公路科学研究院，北京100088)摘要:梁格法是桥梁结构空间分析的一种有效方法，梁格系中虚拟横梁刚度的选取是保证梁格法计算精度的关键，但是横梁刚度的取值没有规范的方法。文章以一座4跨装配式连续弯梁桥为例，建立空间梁格模型，通过改变虚拟横梁的刚度进行计算分析，并与空间实体单元有限元模型的计算结果进行对比研究，探讨了虚拟横梁刚度的合理取值，为梁格法在此类桥梁设计与计算中的应用提供参考。关键词:装配式小箱梁;连续弯梁桥;梁格法

2、;虚拟横梁刚度;实体有限元中图分类号:U44文献标识码:B公路桥梁中，对于结构半径较大的中小跨径混凝桥面宽度为0.5+10.75+0.5=11.75m，主梁采用土弯桥，往往采用“以直代曲”的方法实现，即横C50混凝土。中梁顶板宽2.4m，边梁顶板宽向采用多片直梁(空心板梁、小箱梁或T梁)叉开2.725m，底板宽均为1m。边梁外侧翼板宽0.6m，端布置，逼近设计曲线，对于结构内外弧线则通过悬臂部厚0.2m，根部厚0.3m;主梁梁高为2m;箱梁间翼缘板来调节。“以直代曲”建造的弯桥在实际工程由0.5m宽的现浇板连接。跨中主梁截面顶板厚度为中有着非常广

3、泛的应用。目前，通用的计算方法主要0.22m，底板厚度为0.18m，腹板厚度为0.20m。墩有梁单元法、板壳单元法、三维实体单元法以及梁格顶横梁附近进行了局部加强，底板厚由0.18m渐变法。其中，梁单元法无法得到内力的横向分布，板壳为0.32m，腹板厚由0.20m渐变为0.32m。底板及腹单元法与实体单元法模型复杂，计算费用高，数据处板厚度渐变范围相同，渐变长度均为4m。每片梁在理繁琐。梁格法作为一种简洁，有效的结构分析方桥墩处采用双支座，支座沿箱梁中心线对称布置，桥法，特别是在结果的处理分析上，比板壳单元法与实梁总体布置图如图1所示。体单元法有

4、着更强的直观性和适用性。梁格法的计算2空间梁格分析精度主要取决于梁格单元截面特性的正确计算和构件间连接关系的正确模拟，对于没有横隔梁的上部结2.1梁格模型构，需用虚拟横梁模拟纵向构件之间的横向联系。虚梁格法实质上是用一个等效的梁格体系来代替箱拟横梁刚度的选取成为保证用梁格法分析该种桥梁计梁桥的上部结构。所谓等效梁格，是指在承受相同的算精度的关键，但在其取值上没有规范的方法。荷载时，与原结构产生的结构变形一样，而且任一梁本文以某座四跨装配式小箱梁连续弯梁桥为工程格内的内力等于该梁所代表的原型结构相应部分的截背景，建立了该桥的梁格模型，分析了采用不同

5、虚拟面应力的合力，也就是假定将上部结构中每一区格内横梁刚度情况下，边跨与中跨跨中截面弯矩在各片小的抗弯刚度和抗扭刚度集中到最近的梁格中，纵向刚箱梁之间的分配情况，并与实体有限元方法的计算结度集中在纵向构件内，横向刚度集中在横向构件内。果进行了对比研究，最终给出了用梁格法分析此类桥梁格单元划分的疏密程度，直接影响到结构的计算精型时虚拟横梁刚度的取值建议。度，划分时应考虑力在原箱梁内的传递方向，以及原箱梁的变形特征，同时考虑加载的方便，还应明确结1工程背景构分析的目的。某高速公路改建工程中K577+484左幅特大桥第本文采用有限元软件MIDAS/Ci

6、vil建立空间梁格6联4×40m钢筋混凝土箱梁桥，曲率半径为278m，模型，以考虑剪切变形的纵向梁单元模拟小箱梁，以作者简介:李克冰(1988－)，男，山东泰安人，硕士，研究方向公路桥梁结构设计。2012年7期(总第91期)241桥隧工程图1桥梁总体布置图/cm虚拟横梁模拟箱梁间的横向联系，横梁垂直于纵梁，工况3:中跨跨中最大弯矩正载。形成梁格体系，建立的模型如图2所示。纵向梁单元工况4:中跨跨中最大弯矩偏载。的截面根据小箱梁实际截面确定。虚拟横梁的截面高其中，均布荷载取为公路I－级车道荷载均布荷度取翼缘板的厚度0.22m。横梁的间距不宜过大以免

7、载标准值qk=10.5kN·m，集中荷载取为公路I－级引起较大误差;也不宜过密，增加计算量却不能使梁车道荷载集中荷载标准值Pk=320kN。格模型更接近原结构。根据文献［4］中横梁截面宽2.3计算结果度取5m，边横梁根据实际宽度选为变截面。为避免对建立的空间梁格模型进行了上述4种工况下的桥面板自重重复计入，将虚拟横梁的自重调整系数设计算。在工况1与2下关注边跨跨中截面的弯矩分配为零。虚拟横梁的扭转刚度及其绕竖轴的抗弯刚度对情况，在工况3与4下关注中跨跨中截面的弯矩分配纵向梁格抗弯有利，不应重复计入，也应将其调整系情况。图3为虚拟横梁刚度取初始刚度

8、时工况1～4数设为零。以上述设定下的虚拟横梁刚度为初始刚的桥梁弯矩图。度，通过改变虚拟横梁绕横轴抗弯刚度的调整系数来改变虚拟横梁的刚度进