薛 嵩，楊立坡

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051)

0 引 言

為減少日益增長(zhǎng)的交通壓力，越來(lái)越多的大寬跨比彎箱梁橋應(yīng)用在市政路網(wǎng)的建設(shè)中.寬箱梁具有明顯的空間受力效應(yīng)，其中包括薄壁效應(yīng)和剪力滯效應(yīng)等;同時(shí)，彎梁在受力時(shí)又呈現(xiàn)出明顯的“彎－扭耦合效應(yīng)”［1］.寬箱彎梁橋具有綜合上述特點(diǎn)，受力情況較常規(guī)橋梁復(fù)雜很多，因而選擇合理的分析方法就顯得更為重要.

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，針對(duì)復(fù)雜橋梁的分析方法主要有單梁桿系模型、梁格法和空間實(shí)體分析方法.其中單梁模型無(wú)法考慮橋梁的空間效應(yīng)，計(jì)算精度不夠，而實(shí)體模型的前、后處理又十分復(fù)雜，降低工作效率.梁格法在確保計(jì)算精度的同時(shí)，建模又不十分復(fù)雜，逐步成為分析復(fù)雜橋梁的首選分析方法［2］.

目前常用的梁格理論有漢勃利梁格和慧加梁格理論.漢勃利梁格應(yīng)用已久，其理論體系完善，分析方法明確［3］，但其理論本身使其在實(shí)際的應(yīng)用中存在很多局限性.而慧加梁格則基于一套完全不同的理論體系，打破了漢勃利梁格的局限性.對(duì)于兩種梁格理論，諸多文獻(xiàn)已有十分詳細(xì)的介紹［4～5］，本文不再贅述，以下主要介紹漢勃利梁格的局限性以及慧加梁格的優(yōu)勢(shì).

1 漢勃利梁格的局限性

(1)漢勃利梁格要求各縱梁均帶腹板，導(dǎo)致寬箱室截面劃分粗糙，影響計(jì)算精度.

圖1 慧加折面梁格示意圖

圖2 橋梁平面布置圖

圖3 跨中橫斷面圖

(2)中性軸一致的原則會(huì)使截面劃分不便，尤其對(duì)于變高或變寬連續(xù)箱梁，龐大的前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備會(huì)使建模耗時(shí)大幅增加.

2 慧加梁格的優(yōu)勢(shì)

(1)無(wú)需要求各縱梁形心位置均和原截面保持一致，即分割截面后各縱向梁格的形心位置不變，采用橫向梁格將各縱向梁格聯(lián)系在一起，最終形成一個(gè)單層的折面格構(gòu)式模型，如圖1 所示.

(2)不需要每片縱梁均帶腹板，實(shí)現(xiàn)了截面任意位置和任意個(gè)數(shù)的劃分.

(3)梁格剛度修正方便，縮短建模時(shí)間.

表1 梁格模型支座反力結(jié)果對(duì)比(單位:kN)

續(xù)上表

圖4 支點(diǎn)橫斷面圖

圖5 MIDAS CIVIL 梁格模型截面切割方式示意圖

圖6 WISEPLUS 梁格模型截面切割方式示意圖

圖7 MIDAS CIVIL 梁格模型示意圖

3 箱梁受力的對(duì)比分析

3.1 工程背景

本文中所分析橋梁為4x30m 變截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，采用滿堂支架施工，梁高1.8m，梁寬21.5m.結(jié)構(gòu)中心線平面線型為圓曲線+緩和曲線.橋梁平面布置及典型斷面如圖2 ～4 所示.

3.2 計(jì)算模型的建立

對(duì)于漢勃利梁格理論，本文采用MIDAS CIVIL有限元軟件進(jìn)行計(jì)算;對(duì)于慧加梁格理論，則采用WISEPLUS 有限元軟件進(jìn)行計(jì)算.針對(duì)兩種軟件的橋梁截面劃分形式如圖5 及圖6 所示.

不同梁格模型均按各自理論進(jìn)行截面參數(shù)修正后建立，分別如圖7 及圖8 所示.

圖8 WISE PLUS 梁格模型示意圖

圖9 MIDAS FEA 實(shí)體模型

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

分析時(shí)考慮的荷載包括自重、二恒以及預(yù)應(yīng)力.由于這幾項(xiàng)荷載即可較為全面的考慮寬箱彎梁橋的空間受力效應(yīng)，故本文未對(duì)移動(dòng)荷載進(jìn)行分析.

限于篇幅，只給出反力對(duì)比結(jié)果.在上述各項(xiàng)荷載的綜合作用下，兩模型各支座支反力對(duì)比結(jié)果如表1 所示.

可以看出，對(duì)于每排支座的反力和，兩種模型所得結(jié)果相差很小，但對(duì)于單獨(dú)每個(gè)支座的反力，二者相差比較大.WISEPLUS 計(jì)算所得反力基本呈中間小兩側(cè)大的規(guī)律，且外弧側(cè)略大于內(nèi)弧側(cè)，而MIDAS CIVIL 所得反力呈由外弧側(cè)向內(nèi)弧側(cè)依次減小的趨勢(shì).因此，利用MIDAS FEA 有限元軟件建立實(shí)體模型，以分析支反力的分布規(guī)律.

實(shí)體模型如圖9 所示，計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表2 所示.

由上表可見，WISEPLUS 梁格模型與實(shí)體計(jì)算結(jié)果規(guī)律一致.由于實(shí)體模型中各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失難以模擬全面，導(dǎo)致各支座反力均有誤差，但均小于8%，且每排支座反力之和誤差也均在1%以內(nèi).可見慧加梁格模型更加符合橋梁實(shí)際受力規(guī)律.

表2 WISE PLUS 與FEA 模型支座反力結(jié)果對(duì)比(單位:kN)

續(xù)上表

4 結(jié) 論

本文首先介紹了漢勃利梁格的局限性以及慧加梁格的優(yōu)勢(shì)，并根據(jù)這兩種理論，對(duì)某4x30m 跨徑寬箱彎梁橋分別建立了空間梁格有限元模型，對(duì)比分析了在自重、二恒以及預(yù)應(yīng)力綜合作用下各支座支反力情況.計(jì)算結(jié)果表明慧加梁格模型計(jì)算結(jié)果更加符合橋梁的實(shí)際受力情況.因此對(duì)于寬箱室的小半徑彎梁，本文建議采用慧加梁格理論進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和分析.

［1］ 范立礎(chǔ).橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1996.

［2］ 城市寬箱梁橋的數(shù)值計(jì)算方法比較研究［J］.城市道橋與防洪，2014.5.

［3］ 戴公連，李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］ E C Hambly.Bridge deck behaviour［M］.2nd edtion.London:Taylor＆Francis，1991.

［5］ 徐棟.橋梁體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2008.