单层梁格分析宽翼缘箱梁剪力滞效应

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1、2012年4月第4期城市道桥与防洪桥梁结构61单层梁格分析宽翼缘箱梁剪力滞效应戴树才，张锋(无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡214072)摘要：由于分析精细、应用简便，平面梁格法已广泛应用于斜弯桥、裤衩高架等异型桥的计算分析中。通过对“Hambly”平面梁格的梁格划分方法与刚度取值的改进，提出更便于杆系有限元软件运用的单层梁格法；通过单层梁格法分析了宽翼缘箱梁的剪力滞效应，并与能量变分法对比，证实了单层梁格法可以有效的计算宽翼缘箱梁剪力滞效应，而这是平面梁格无法解决的。关键词：平面梁格；单层梁格；剪力滞中图分类

2、号：U441文献标识码：A文章编号：1oo9—7716(2012)04—0061—04散桥梁上部结构用纵、横梁单元等效，即梁格划0前言分；(2)纵、横梁单元截面刚度的赋值，即刚度取伴随着我国交通事业的蓬勃发展，桥梁建设值。从以上两个方面人手，对平面梁格法作出改也得到了大力推进。然而桥梁病害却从未放弃困进，提出“单层梁格法”。扰桥梁工程师们。如何建设精品工程是广大桥梁2．1梁格划分工程师所一直追求的。精心设计、精心施工是建设梁格法通过纵向梁格代表箱室纵向力学性能、精品工程的必备条件。而设计是否可靠、实用、经横向梁格代

3、表横向力学性能，来近似等效上部结济是依据工程计算分析结果来评判的。构。因此，梁格法的计算精度与梁格划分关系非常桥梁结构计算方法，总体上可以分为两种：解密切，通常要求：(1)纵、横梁应与腹板位置重合，析法和数值法。解析法通过基本条件的假定，通过纵梁的划分应使得各纵梁的形心轴与整个截面形数学、力学的方法来研究结构的受力，常用作理论心轴重合，见图1、图2，等效梁格在同一面中，因分析。它的研究对象通常是规则的、理想的结构形此这里称其“平面梁格”；(2)纵横梁格长度比应为式。而针对实际桥梁项目的设计验算，工程师常用0．5～2

4、，且应相互垂直或斜交较小；(3)在受力复杂借助计算机程序或软件，采用数值法来分析。可以或反弯点处宜适当加密网格；(4)离散后的梁格应对桥梁上部结构纵横向同时进行精细分析、可以采与结构原受力特性保持一致。用影响面加载活载效应、可以采用较少的单元分析复杂的桥梁进行精确分析，梁格法已成为分析桥梁上部结构内力、变形的一种炙手可热的计算方法。目前，广大工程师们所采用的主要是“Hambly”平面梁格法，该方法在实际运用中有许多方面还是值得改进的。纵梁2I纵梁31梁格法基本原理图1平面梁格划分从板式上部结构开始探讨，Hambly

5、分析了梁板式、格构式、薄壁箱室等桥梁上部结构的力学性能，提出采用等效纵横梁格代替桥梁上部结构的方法来分析其内力、变形。结合已经发展成熟的6自由度空间杆系有限元理论，采用软件进行计算分析，梁格法大大提高了分析精度和工作效率。2“Hambly”平面梁格与单层梁格梁格法应用的前处理主要有两大步骤：(1)离图2等效平面梁格收稿日期：2011-l1—22遇到变腹板厚度箱室、斜腹板箱梁或者上部结作者简介：戴树才(1986一)，男，江苏盐城人，硕士，助理工程师，从事桥梁设计研究工作。构截面形式更复杂的时候，要满足(1)这个条件却

6、62桥梁结构城市道桥与防洪2012年4月第4期是非常耗时和不经济的。我们认为这一点是可以(2)抗扭刚度改进的，纵梁的划分完全不用受到腹板的约束；在在杆系软件里应用梁格法时，截面特性往往满足一些基本原则的情况下(如：截面剪力由腹板是采用软件自动生成的，但这是存在问题的。软件承担等)，根据分析精度的需求，可以出现“一字计算的抗扭刚度通常是该截面作为开口截面的抗梁”、“二字梁”加密梁格，见图3、图4。扭刚度值，然而在箱梁里离散后的纵梁其实是闭合截面的一部分。这里推荐采用经验公式估算：黯T一4lt一梁格计算所得的剪力流是不

7、准确的粗糙的，即使将抗扭刚度调整得再精确也无济于事，因为切分梁格时很难找准剪力零点位置。(3)剪切面积图3单层梁格划分剪力柔性梁格的特点就是修改剪切面积，使得在受剪力作用时，梁格的变形与实际的一致，见图6。然后，梁格法属于6自由度梁单元有限元方法，在梁单元里通常不计入剪切变形的影响，因为一般的桥梁上部结构不属于深梁，即使计人剪切变形，其计算结果也没有什么差异。因此，无需花费大量精力在修正剪切面积上，因为即使修正也无法使梁格法分析箱梁的畸变效应。图4等效单层梁格#在广义的划分方法下，各个纵梁位置宜放置在各自的形心位置

8、处，代表腹板的纵梁应与横梁作刚臂竖向链接(我们不采用梁格法来模拟箱室(a)箱梁畸变(b)剪切变形的框架受力特性)。这样离散后的梁格已不在一个图6箱形截面梁格的畸变面中，呈一层褶面，这里称其“单层梁格”。2．2刚度取值分析梁格模型时，应仅考虑腹板承受剪力，而“在分析箱梁时，通常采用的“剪力柔性梁格”一字梁”、“二字梁”不承担剪力。——平面梁格，在梁单元刚度值偏