梁格法在桥梁上部结构分析中的应用-典尚设计

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1、第23卷增刊1华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版)Vol.23Sup.12006年5月J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)May.2006梁格法在桥梁上部结构分析中的应用11王富万　杨文兵(1.华中科技大学　土木工程与力学学院,湖北　武汉　430074)摘　要:梁格法是桥梁结构空间分析的一种有效方法,但由于传统梁格法受模型及其网格划分和单元刚度计算高复杂性的条件限制,在桥梁结构电算方面未得到广泛应用.基于梁格法的基本原理,提出了宽翼缘上部结构分析的改进梁格模型,并总结了梁格单元划分和截面特性计算的一般方法,最后通过算例验证了该模型和方法的

2、有效性.关键词:梁格法;　结构分析;　改进梁格模型;　截面特性中图分类号:U443.3　　文献标识码:A　　文章编号:167227037(2006)S120080203　　随着柔性桥、弯梁桥及宽箱梁桥等结构形式的涌现,迫切需要对结构进行空间内力和变形分2　改进梁格模型析.目前通用的方法主要有梁单元法、板壳元法、三维实体元法以及梁格法.其中,梁单元法无法得传统的平面梁格模型假设整个横截面围绕通到内力的横向分布;板壳元法和实体元法模型复过质心的单一中性轴弯曲,其计算精度依赖于整[1]杂,计算费用高,数据处理繁琐;梁格法计算费个横截面的中性轴位置的精确确定.但是对于带用经济,

3、结果提取方便并能与现行桥规匹配,在工有宽翼缘的桥梁上部结构,其中性轴位置沿着桥程分析中得到了一定应用.现有文献表明,传统梁宽方向存在较大的变化,使得翼缘有绕其自身质[3,4]格法对带有宽翼缘的上部结构,其精度有限,同时心弯曲的趋势,从而在局部较大地改变了中性其网格划分和单元刚度计算仍是个难点.为此,基轴位置,要精确得到其中性轴位置是比较困难的.于梁格法的基本原理,结合实际应用,提出宽翼缘为了更准确地模拟上部结构,基于梁格法的基本上部结构分析的改进梁格模型,并总结梁格单元原理,提出宽翼缘上部结构分析的改进梁格模型.划分和截面特性计算的一般原则和方法,旨在快改进梁格模型解除

4、了传统平面梁格法中梁格捷而准确地用梁格法实现桥梁结构电算.系必处于在同一平面的约束,允许梁格系在三维空间上分布(图1).平面梁格模型中梁格系是布置1　梁格法基本原理在整个横截面的一个近似中性轴上,而在改进梁格模型中,每根梁则布置在其所代表部分的各自梁格法的基本思想是用等效梁格代替桥梁上中性轴上.改进梁格模型中,所有的梁布置在两个部结构,将分散在板式或箱梁每一区段内的弯曲平面内,一个是翼缘部分,另一个是主桥面部分,刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内,实两部分为刚性连接.通常情况下,可以定义一组弹际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内,横向性模量足够大的梁(称为刚性梁)来

5、模拟刚性连[2]刚度集中于横向梁格构件内.理想的刚度等效接,或者将该组连接梁的截面特性设置为其它梁原则应该满足:当原型实际结构和对应的等效梁格构件截面特性的104倍.与此同时,为了保证两格承受相同荷载时,两者的挠曲将是恒等的,并且梁格平面不发生相对转动及在纵向方向上相对位每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代移为零,可定义约束方程耦合各刚性梁两端结点表的实际结构部分的内力.由于实际结构和梁格的各旋转自由度.此外,由于同一梁格平面内各梁体系在结构特性上的差异,这种等效只是近似的,存在绕自身中轴弯曲的趋势,可能使整个梁格模但对一般的设计,梁格法的计算精度是足够的.型出现

6、畸变情况.因此,可约束同一平面内所有节收稿日期:2006202224.作者简介:王富万(19812),男,硕士研究生;武汉,华中科技大学土木工程与力学学院(430074).典尚设计-路桥效果图、三维动画http://www.dillsun.com增刊1王富万等:梁格法在桥梁上部结构分析中的应用·81·点对应的旋转自由度.图2　箱形梁横向弯曲示意图1　某单跨板桥的三种模型示意　　箱梁结构作整体扭转时,大多数的剪力流通过围绕着顶板、底板和腹板的周界流动,只有少量3　梁格单元划分及刚度计算通过中间腹板.剪力2柔性梁格理论认为,上部结构内的扭矩是由顶板和底板内的相反剪力流形成3

7、.1　网格划分的,抗扭刚度主要由顶板和底板提供.单位纵向或总体上,梁格网格的划分必须视桥梁上部结横向梁格构件的抗扭常数计算222构及支座情况而定,然而,根据结构力学相关原理c=2(h′d′+h″d″)=2hd′d″ö(d′+d″).(3)及工程实际经验,可得梁格划分的一般原则如下.a.梁格网格尽量重合于设计受力线.例如,平4　算例分析行于预应力或者梁构件,沿着边梁及支座上的受力线等,以有效模拟结构工作状态.算例　长40m,宽12.8m的双跨混凝土板桥b.梁格网格尽量符合原型结构内力分布状空间简支,其中主体桥面宽8m,厚1m,两翼缘各况.例