梁桥纵向水平力分析的有限元方法

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1、中南路工程梁桥纵向水平力分析的有限元方法史福明一_(河南省交通规阿勘群嚣1开阶I据薹】水文}5}据栗桥向永平力分析中荷蔽的特殊性盈所要求*阍齄的特殊性，并在蒲足精班要求的前提i下，利用集桥工作缝和变形缝赵些间晤c，化二维阿题一肄．率堂了一套曼于集桥水平力舟析阿题的计算圈式，进而可通过有限元方岳中最簿单抽一堆塘来分析而得瓣拆各墩台的木平力辞鬻，尧崔剪力和集端位移t．以往对梁桥纵向水平力的计算多利用弹簧的串联概念构成结构的弹模比拟结构，该卅方法对制动力等的计算是把上部椅遣视为刚度无穷大的刚体而缩减为一点，进而对支座

2、及墩台刚度进行一系列串并联的计算当进行温度应力计算时就需考虑上部粱体的变形而不得不使用另一计算图式，并且还要先求得每联的温度变形零点再进行一系列分配田1计算．本文将从其受力特征出发，经过一些性墩台的特例，即一一。。．等效变换而得出一套梁桥纵向水平力计算图6．板式橡胶支座在水平力作用下，将发式，进而得到其有限元模型，它可使用任何生剪切变形，其抗剪刚度为可靠的有限元程序进行计算，不必再编制专用程序．本文提出的图式计算还可麒计入上一部结构的变形影响，从而使失跨度檗桥的各近=亚墩台水平力分配更接近实际．1有关细部处理丁

3、厂-]．．JL．I．．．．．．．__J1·1墩台与弹性支座刚度的关毒。．墩台在水平力作用下，略去墩顶的转(a)(b)角影响，仅考虑其水平位移时，则墩台刚度矩圈2阵中只有一有贡献，这就是其水平抗推刚abG度，故可由一般手册得到或使用现成的墩一—j广台桩基程序计算．若要求较精确的计算，则座剪切模量当计入墩台所承受的巨大竖向力对其刚度的平变位时，则可比拟为图非线性影响[1；对连续梁巾暾应讣入粱体2(6)．刚性支座可视为弹性支座的特例，即对墩顶的约求作川而引起墩身刚l的增大．6∞．在水平力作垌下仅考虑水平方m_彳j’化

4、移四氟板橡胶支胜没发生滑动前也具有时墩台可比拟为1(B)．刚性墩台可视为柔抗剪剐度．当支座所受水平力犬于最大静44摩擦力发生滑动时转变为常力支座，故其l一_KI变为零．固定盆式橡胶支座因不允许发生水平移故Kb-~co．活动盆式橡胶支座在没出现滑动前也几乎没有水平变位，故认为+。。。当所承受水乎力大于·户(是摩擦系数，户是此支座实际受到的压力)或者当最大水平承载能力0,g5p(p为支座垂直承载力)时支座将发生滑移，变为常力支座，故的值变为零．l}船一一l『一⋯，一c．当上部梁体受纵向水平力作用时，-一1'lldI

5、‘粱体的l水平位移即桥墩支座顶面处的位移为图支座的剪切变位乱与墩身顶面的水平变位桥台几何位置模拟水平抗推机撙如图4()．之和，见图3(Ⅱ)．剐臂的I入是因为三者模拟作用线不在一条1水平基线上．若假定梁体仅有水平位移，故刚臂可缩为一点，见图4(c)．在图4(c)的基础上用一根杆件来模拟支座刚度见图4(d)．为了把该模拟枰放到粱体变形缝的啦置，且该杆的长度L=，则’上—抗压剐度EA~L-K6，即E-L·K~-,zlK抗弯刚度，=01·3连接墩与支座的关系结构示意如图5(a)，按梁体、支座、墩身几何位置模拟水平抗推机

6、构如图5(6)．。^¨惫磊0假设粱体仅具有水平位移，故刚臂均可一=F·(+缩为一点如图5(0)．刚臂；的保留仅是为了在图上清楚表述对点f盯水平约束，—下遇一／I巧K『．面Kh到这种情况不再说明．同1·2中构方法，将图5(c)中两支座的与d}比敞，得合成刚fir：i模拟弹簧转化为一根杆，救到变形缝的位置K=Kr·，+，由此可见．支抗见图5()．剪刚度与墩台顶水平抗箍刚螋是串联关系，这两扳杆特性为敏可模]~A29a3(6)．．进一步化为图3(cJ(在①号杆L：r仅考豫支座及墩台的水平变位时才能这样)。封上下面无相对

7、水平变位的支座，抗压剐度掣=，NEA=．K亭L’-Kb~oo，组合刚度即为墩身刚度，．若支抗弯剐度，=’0座抗推刚度变为零，则组台刚度也为零．②号杆L=‘1桥台与支座关系另一种表示方法抗压刚度：，即F：．结构示意图如图4(a)．按大粱、支座，451·5排除结构整体刚体位移女¨图7(。)所尔联连梁，根据I·l～1·4的讨论计算图式为图7(6)或图7(c)．在有耀元分析巾，空阿结拘应具抵抗六个臼山度方向刚体位移的能力，平面结构枷慷应抵抗三个方向的剐体位移．但因仅考虑水．j平位移而简化来的计算筒圈7(c)没前计入j表

8、达出抵抗竖向位移及转动位移，·。戡在使用一般平面有限元程序时霈排除竖内，转动刚体位移：事实上每个墩台顺对粱体都具有竖向约束，若把它们都加上(见7(d))，足以排除竖向及转动词lj休位移；当然疑要搬加两个就够了(见留7(0)，因为在本文纵抽等一尊--fft--水平力计算罔式IfI，与·鲢向约求数多少无天．’!‘‘'cd)]·6两点假设。。、葛；d．不计粱体变截J自i的渺响，即梁体计：抗弯