箱形截面弯梁受力特点和梁格计算方法

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1、箱形截面弯梁受力特点和梁格计算方法　　摘要：随着城市道路立交的发展，现代化的公路和高等级公路在线形方面的要求越来越高，使得弯梁的应用也非常普遍，尤其是在城市互通式立交桥的设计中应用更为广泛，箱梁因其独特的受力特点在弯梁桥中受到了广泛的应用。本文就箱型截面弯梁的受力特点及梁格计算方法进行了分析研究。关键词：箱型截面；弯梁桥；梁格法；沉降；中图分类号：TF351文献标识码：A1受力特点1.1箱型截面的特点（1）截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中具有良好的稳定性；（2）顶面和底面都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋的

2、要求，适应具有正负弯矩的结构，如连续梁等；（3）适应现代化施工方法的要求，如悬臂施工法、顶推法等，这些施工方法要求截面必须具备较厚的底板；（4）承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，达到经济效果，同时截面效率高，并适合预应力混凝土结构空间布束，更能达到经济效果；7（5）对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布；（6）适合修建曲线桥，具有较大适应性，能很好适应布置管线等公共设施。1.2弯梁桥的受力特点（1）梁体的弯扭耦合作用。曲线梁较直线梁而言，最大的特点就是曲线梁在外荷载的作用下，产生弯矩的同时必然

3、产生扭矩，产生扭矩的同时也必然产生弯矩，并且互相影响，协同作用使梁截面处于弯扭耦合作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多。曲线弯梁桥由于受到强大的扭矩作用，产生扭转变形，其曲线外侧的竖向挠度大于同跨径的直桥；由于弯扭耦合作用，在梁端可能出现翘曲；当梁端横桥向约束较弱时，梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势。（2）在结构的自重作用下，除支点截面外，弯梁桥外边缘的挠度一般大于内边缘的挠度，而且曲线半径越小这个差异越明显。（3）对于两端均有抗扭支座的弯梁桥，其外弧侧的支座反力一般大于内侧弧，曲率半径R较小时，内弧侧还可能出现负反力。7

4、（4）弯桥的中横梁，是保持全桥稳定的重要构件，与直线桥相比，其刚度一般较大；横梁的变形在主梁间大多呈直线变化。2计算方法—梁格法弯桥的计算模型通常有：空间结构；弯板、曲梁、板壳结构；多梁结构。理论分析方法有：弹性力学的方法；结构力学的方法；杆系结构力学和横向分布相结合的方法。当采用有限元方法时通常采用曲梁单元，板桥单元，实体单元。结构力学方法，这种方法沿用杆系系统的结构力学方法。将弯梁视为一根曲杆，将抗扭支座以扭矩代替，再根据变形协调条件求解未知力。该方法比较简单，适用于分析简直弯梁和等截面且跨内为圆弧的窄桥。2.1梁格法特点梁格法是

5、目前最常用的分析弯梁桥的方法。梁格法实质是用等效的梁格来代替桥梁上部结构，是一种以梁为基本单元的有限元法。这种方法概念明确，容易理解和使用，比较容易操作，计算速度也比较快。曲线梁格法理论于1965年由Lavelle和Boick首先提出。当时这个方法主要用于曲线工字梁在竖向荷载作用下的分析。1967年Sawko应用这个方法分析了一座由箱形截面主梁组成的曲线正交格子梁，在分析的时候考虑了扭转位移，弯曲角位移和竖直挠度。而没有考虑翘曲作用。72.2梁格法的基本假定(1)梁横截面各项尺寸与跨长相比很小,即可将实际结构视为集中在梁轴线上的弹性杆

6、件;(2)平截面假定,即梁变形后横截面仍保持为平面;(3)刚性截面假定,即梁变形后横截面无畸变;(4)梁中截面翘曲扭转所引起的正应力和剪应力,与基本弯曲和纯扭转的应力值相比很小,可忽略不计,只计纯扭转的影响。2.3梁格法的力学模型广义梁格法的计算模型是,将横梁看作支承在主梁上的弹性支承连续梁(主梁即为弹性支座),同时,横梁各支座处的弹簧常数均是变化的，如下图：梁格单元划分的疏密程度，直接影响到结构模型的计算精度。理论上讲，网格划分得越密，越能代替真实结构，但是带来的问题是工程实际应用的不便利。所以在工程实践中要找到一个既能反映结构受力

7、特性又运用方便的梁格划分原则。2.3.1纵梁个数、横梁道数、支点与梁单元7对于有腹板的箱型、T型梁桥，其梁格模型中纵向主梁的个数，应当是腹板的个数。对于实心板梁，纵向主梁的个数可按计算者意愿决定。全桥顺桥向划分M个梁段，共有M+1个横截面，每个横截面位置，就是横向梁单元的位置。支点应当位于某个横截面下面，也就是在某个横向梁单元下面。每一道横梁都被纵向主梁和支点分割成数目不等的单元。纵、横梁单元用同一种最普通的12自由度空间梁单元，能考虑剪切变形影响即可。2.3.2纵向主梁的划分、几何常数计算7对于箱型梁桥，从什么地方划开，使其成为若干

8、个纵向主梁？汉勃利提出了一个原则：应当使划分以后的各工型的形心大致在同一高度上。笔者曾经用有限条法进行过考核，发现依据这一原则，依各主梁弯矩、剪力计算出的正应力、剪应力，与有限条的吻合性确实较好。试算的具体划分步骤如下：