大截面混凝土箱梁结构的计算方法及其应用

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1、万方数据第39卷第4期206年4月土木工程学报CmNACMLENGINEERINGJOURNALV01．39No．4Apr．2006大截面混凝土箱梁结构的计算方法及其应用陈衡治1谢旭1陈海滨1黄剑源2(1．浙江大学，浙江杭州310027；2．宁波大学，浙江宁波315211)摘要：为了用少量单元获得高精度的混凝土箱梁空间应力计算结果，提出考虑截面形状组成并在梁轴方向应用高阶位移插值函数的中厚板梁段结构分析方法。以杭州湾跨海大桥非通航孔桥梁的设计方案为例，与三维实体有限元计算结果的比较表明，该方法在梁纵向只需划分少量单元就可以得到高精度的结果，适用于壁厚变化的大截面混凝土箱梁桥结构的计算分析。关键

2、词：大截面；箱梁桥；板梁段；结构分析中图分类号：TU528．571文献标识码：A文章编号：1000—131X(2006)04．0026—06Ananalyticalmethodanditsapplicationforlarge-sectionPCboxgirderbridgesChenHengzhilXieXulChenHaibinlHuangJianyuan2(1．ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China；2．NingboUniversity，Ningbo315211，China)Abstract：Inordertoobtainaccuratespati

3、alstressesofboxgirderwithasmallnumberofelements．ananalyticalmethodforlarge—sectionPCboxgirdersisproposed．Ahigherorderdisplacementfunctionintheaxialdirectionisintroduced，andthesectioncompositionisconsidered．TakingtheHangzhouBayBridgeasanexample，both3一DsolidFEMandtheproposedmethodarecompared．Theresult

4、sindicatethathighaccuracycanbeachievedwithasmallnumberofelementsbyusingtheproposedmethod．Keywords：large—section；boxgirderbridge；blockelement；structuralanalysisE-mail：chenhengzhi78@yahoo．con．en引言由于预应力混凝土箱形截面具有良好的力学性能，在大跨度桥梁、城市高架桥建设中得到了十分广泛的应用。随着交通流量的增大和建设用地的限制，近年来大尺寸、扁宽异形预应力混凝土箱形截面已成为常见的结构形式，这种结构在自重和

5、荷载作用下的截面应力和变形特性与惯用的梁理论基本假定有明显的差异，按杆系结构理论计算得不到精确的应力结果。有限元法虽然是一种适应性较强、计算精度高的有效分析方法，不但可以模拟结构的细部构造，而且也能合理地考虑各种边界条件，但是由于桥梁结构的复杂性和有限元法在前后处理方面的局限性，现阶段对预应力混凝土箱形桥梁的结构设计全部依赖于有限元方法尚有不少困难，因此，提出计算过程方便、结果精度高的箱梁结构实用分析方法仍然有很大的现实作者简介：陈衡治，博士收稿日期：2004—08—30意义。迄今，针对箱梁结构的空间分析已提出了不少计算方法，除有限元法以外还有箱梁理论、有限条法和板梁理论等方法，其中箱梁理论是

6、在初等梁理论的基础上增加翘曲变形、剪切变形、畸变等影响所建立起来的计算方法[1。31，这种方法虽然继承了梁理论计算简单的优点，可以方便地分析结构变形和内力，但是具有三个缺点：(1)截面特性计算十分复杂，(2)局部应力计算困难，(3)箱室增加使得畸变形式呈多样化，在多室箱梁中的应用受到了限制。有限条法虽然可以合理地模拟截面形状、较精确地分析结构的变形和应力，但是，对于不光滑连续的位移条件、横隔板的影响、变截面处理等方面尚有一定的困难[4]，再加上软件编制方面相对较为特殊，因此目前除正交异性板等特定结构以外，在桥梁设计中很少使用有限条法。板梁结构分析理论是介于梁和板壳有限元之间的一种计算方法，具有

7、较高的计算精度和操作简便的优点，已受到注目[1"]，不少算例验证了这一方法的有效性。应用板梁结构的箱梁分析理论，由于采用的单元万方数据第39卷第4期陈衡治等·大截面混凝土箱梁结构的计算方法及其应用比通常的板壳有限元大，因此，在建立单元刚度方程时合理选择形函数十分重要。过去的箱梁理论研究已经证明，轴向位移和扭转位移沿梁纵向假定为线性变化的初等梁理论不能反映约束扭转、畸变和剪力滞的特性，因此，从提高计