侯娜

（西安市市政設(shè)施管理局橋梁監(jiān)測中心，陜西 西安 710016）

梁格法在預(yù)制混凝土箱梁橋空間分析中的應(yīng)用

侯娜

（西安市市政設(shè)施管理局橋梁監(jiān)測中心，陜西 西安 710016）

簡要闡述了預(yù)制混凝土箱梁橋計(jì)算模型的主要方法：考慮橫向分布系數(shù)的單梁模型、等效梁格模型、實(shí)體模型。通過工程實(shí)例單梁模型和梁格模型的內(nèi)力、應(yīng)力對比分析，驗(yàn)證了梁格法在預(yù)制混凝土箱梁橋分析中的有效性和精確性，為相關(guān)工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

箱梁橋；單梁；梁格；橫向分布系數(shù)

0 引言

剛接梁橋結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型主要方法有：考慮橫向分布系數(shù)的單梁模型、等效梁格模型、實(shí)體模型。單梁模型是通過引入荷載橫向分布系數(shù)，將橋梁的空間受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為平面桿系受力狀態(tài)，從而進(jìn)行單梁模型的計(jì)算。該計(jì)算方法簡便,且精度一般能滿足計(jì)算要求，應(yīng)用廣泛。梁格法理論是將橋梁上部結(jié)構(gòu)用等效的梁格來計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)（與單梁模型相比），模型結(jié)果能直接輸出結(jié)構(gòu)內(nèi)力，便于利用規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，常與單梁模型互為校核，與實(shí)體單元法相比具有構(gòu)建結(jié)構(gòu)單元簡單、運(yùn)算量小、效率高、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)體模型是對橋梁整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維有限元離散,可求得橋梁全部的變形,但建模工作量大，費(fèi)時較多，輸出的應(yīng)力結(jié)果不能直接用于強(qiáng)度計(jì)算，實(shí)際工程使用較少。

梁格法是分析橋梁上部結(jié)構(gòu)比較實(shí)用有效的分析方法，概念清晰，易于操作，在橋梁結(jié)構(gòu)分析中得到廣泛應(yīng)用。它的主要思路是將上部結(jié)構(gòu)用一個等效梁格來模擬，將分散在箱梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi)[1]，實(shí)際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)。分析梁格的受力狀態(tài)得到橋梁的受力狀態(tài)。理想狀態(tài)是當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的等效梁格承受相同荷載時，兩者的撓曲、彎矩、剪力、扭矩將是相等的。

1 工程實(shí)例

榆溪大橋?yàn)?×20m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，后張法部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件。橋梁交角90°。橋梁平面位于直線上，設(shè)計(jì)荷載：公路I級車道荷載，按三車道加載。橋面總寬度為12m，寬度組合為：0.5m（護(hù)欄）+11m（行車道）+0.5m（護(hù)欄）=12m?，F(xiàn)對4×20m連續(xù)箱梁橋分別建立考慮橫向分布系數(shù)的2號中梁模型和梁格法模型，將兩者的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證梁格法在剛接梁橋空間分析中的有效性。其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。

圖1 上部構(gòu)造橫斷面圖（單位：mm）

2 單梁模型的建立

該橋有現(xiàn)澆濕接頭、梁端橫隔板，基本結(jié)構(gòu)是剛接受力，因此，汽車荷載橫向分布系數(shù)按剛接板梁法計(jì)算。剛接板(梁)法適用特點(diǎn)是：當(dāng)相鄰的板梁之間可近似看成整體板的情況下可以采用剛接梁法計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)。這種方法在計(jì)算過程中不僅考慮了剪力在橫橋向的傳遞，同時也考慮了彎矩在橫橋向的傳遞。表1為2號中梁影響線數(shù)值表。

表1 2號中梁影響線數(shù)值表

由橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果分析可知：2號中梁橫向分布系數(shù)取0.606。橋的主梁單元采用MIDAS中的“BeamElement”梁單元來進(jìn)行模擬。根據(jù)榆溪大橋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，中梁劃分了80個單元。其中支點(diǎn)截面為1、20、40、60、80號單元，邊跨跨中截面為10號和70號單元。中跨跨中截面為30號和50號單元。圖2為2號中梁模型圖。

圖2 2號中梁模型圖

3 梁格模型的建立

將小箱梁上部結(jié)構(gòu)劃分為縱向梁格和橫向梁格，根據(jù)實(shí)際縱梁的中軸位置設(shè)置縱向梁格，程序自動計(jì)算截面尺寸及截面剛度。橫向梁格通過實(shí)際橫隔板和虛擬橫梁模擬。實(shí)際橫隔板按照實(shí)際結(jié)構(gòu)位置建模，以得到真實(shí)的自重和剛度，其他位置建立相當(dāng)于實(shí)際頂板剛度的虛擬橫梁。虛擬橫梁的截面為“一”字型截面，高度取翼緣板的厚度，長度取1.26m。虛擬橫梁不計(jì)自重，可在截面特性值中調(diào)整。該模型共有縱梁4道，1米1個單元，共計(jì)320個單元，每米縱梁之間有虛擬橫梁連接，共76道，228個單元。實(shí)際橫隔板5道，15個單元。全橋梁格模型如圖3所示。

圖3 梁格模型圖

4 兩者模型結(jié)果的比較

為驗(yàn)證采用上述措施建立梁格模型的精度及實(shí)用性，將梁格模型結(jié)果與考慮橫向分布系數(shù)的單梁模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證梁格模型有效性。

現(xiàn)將2號中梁分別采用兩種模型計(jì)算得到的承載能力極限狀態(tài)（1.2恒荷載+1.4移動荷載+1.2鋼束二次+1.0徐變二次+1.0收縮二次）與正常使用極限狀態(tài)（1.0恒荷載+1.0鋼束一次+1.0鋼束二次+1.0徐變二次+1.0收縮二次+0.5555移動荷載）下計(jì)算結(jié)果相比較，如圖4～圖7所示。

圖4 承載能力極限狀態(tài)下彎矩包絡(luò)圖（單梁）

圖5 承載能力極限狀態(tài)下彎矩包絡(luò)圖（梁格）

圖6 正常使用極限狀態(tài)下最大組合軸向應(yīng)力圖（單梁）

圖7 正常使用極限狀態(tài)下最大組合軸向應(yīng)力圖（梁格）

通過上述模型的對比可知：承載能力狀態(tài)下彎矩包絡(luò)圖和正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)力圖走向基本一致，最大相差4.2%，梁格模型正彎矩偏大，對應(yīng)的壓應(yīng)力偏小。

5 結(jié) 語

從以上分析可以得出，梁格法是一種能較好模擬原結(jié)構(gòu)空間受力狀況的分析方法，不需要計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)，簡單易行，分析的精度可以滿足剛接小箱梁橋理論計(jì)算要求。本文采取保證簡化梁格模型與原始模型等效的一些措施，實(shí)用、有效，為梁格法在預(yù)制混凝土箱梁橋的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

[1]漢勃利.橋梁上部構(gòu)造性能[M].北京：人民交通出版社,1982.

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：B

：1009-7716（2017）02-0098-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.029

2016-11-08

侯娜（1982-），女，河北唐山人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)及檢測工作。