折面梁格法在宽箱连续梁受力分析上的应用

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1、2014年7月第7期城市道桥与防洪成果应用369折面梁格法在宽箱连续梁受力分析上的应用梁维全(上海市政交通设计研究院有限公司，上海市200030)摘要：该文介绍了一种单箱多室箱梁结构实用精细化分析的折面梁格法。以某城市3×30m跨径单箱五室预应力混凝土宽箱连续梁为例，分别建立平面杆系、三维实体单元和折面梁格法的有限元分析模型，分析了在恒载作用下的宽箱梁结构截面应力分布，对比三种计算方法结果。分析表明：宽箱梁结构在横断面上应力分布具有明显不均匀性，采用折面梁格法计算能够得到与三维实体有限元分析较为吻合的结果，是一种较为可靠、实用的简化计算方法，可供设计人员使用。关键词：折面梁格

2、法，宽箱梁，空间分析，有限元法中图分类号：U441~．5、U448．21文献标识码：B文章编号：1009—7716(2014)07—0369一o4如图1所示。折面梁格法有限元模型适合于具有O引言多道腹板的宽箱梁整体分析，其优点是可以将纵经济的发展带动交通现代化的建设，城市桥梁和横梁放在一个模型中进行计算，并可以反应梁横向宽度不断增加。在这种情况下，国内外建自重、预应力，以及其他外部荷载下剪力滞效应造预应力混凝土桥梁时多采用大悬臂单箱多室宽和偏载作用下各道腹板的横向分配。箱截面形式【”。这种桥梁具有腹板间距大、横向翼缘宽、箱壁薄等特点『21。在结构设计时，正确分析薄壁单箱多室宽

3、箱断面结构的力学行为是桥梁设计的难点和重点。由于宽箱结构的复杂性，以及荷载的多样性，实际工程设计过程中很少直接用．厂一＼实体单元或板壳单元进行空间分析，而是将桥梁田1梁格模型计算正应力阶梯表达形式示意图转化为平面梁系，梁格或单梁进行结构内力和位以某城市快速路高架桥梁单箱多室宽箱连续移的计算，这就涉及复杂空间结构的简化问题，梁为例，分别建立了平面杆系、三维实体有限元也就是实用计算方法的问题。要寻找空间结构的和折面梁格法分析模型。首先分析了这种宽箱截实用计算方法，就必须深入分析结构的受力特点，面正应力分布，然后对比了三种模型计算结果，以便使实用计算方法能充分体现出结构的受力特验证

4、了折面梁格法的有效性，对类似单箱多室宽点，以保证结构设计偏于安全。因此有必要进一箱截面应力验算分析提供了一种可靠方法。步的探索和研究一种适合单箱多室宽箱梁的实用计算方法【3J。1工程实例在实际工程设计中，现有的桥梁结构空间分某城市桥梁采用跨径组成为3×30m跨径的析方法主要包括考虑空间效应的单梁法、梁格法、单箱五室预应力混凝土等高度连续梁结构形式，网格法、框架简化计算法及实体有限元法。针对桥面宽25．24m，宽跨比0．84，为典型的宽箱结构。单箱多室宽箱梁的受力特点，以梁格法为基础，箱梁截面为单箱五室截面，设有6道腹板，提出一种折面梁格法：将截面以沿垂直于截面主箱梁顶板水平长

5、25．24m，底板水平长l8．47m，轴方向的切割线切开，保持各纵向梁格的形心位悬臂板长2．87m，悬臂板与腹板之间采用圆弧曲置不变，并采用横向梁格将各纵向梁格联系在一线过渡。桥面中心线处梁高为2m，顶底板处均起，结合修正后的纵向、横向梁格的截面特性形设置2％横坡。箱梁顶板厚20—22cm，底板厚成一个单层的折面格构式计算模型，计算结果采22～40cm，腹板厚40～60cm。在桥墩处设置横用“阶梯”型的正应力分布模拟连续的正应力分布，梁，中横梁厚2m，端横梁厚1．5m。具体断面详见图2所示。收稿日期：2014—05—20主要技术标准如下：作者简介：梁维全(1979一)，男，河

6、南光山人，工程师，从事桥梁工程设计工作。(1)材料取用：采用C50混凝土，弹性模量370成果应用城市道桥与防洪2014年7月第7期计算精度。单元节点插值形式如图6所示，网格划分采用扫掠生成，局部网格划分如图7所示。图2工程买体典型断面图(单位：mm)为3．45×104MPa；(2)设计活载：为城市一A级(双向6车道)；(3)桥梁设计基准期：100a；(4)设计安全等级：一级。图4实体单元几何模型(1／2模型2宽箱截面受力计算方法为验证折面梁格法在计算宽箱梁截面应力分布的准确性，分别建立了平面杆系、三维实体和折面梁格计算模型，进而对比分析三种方法在结构恒载作用下的计算结果。模型

7、情况汇总如表l所列。表1模型情况汇总表编号计算方法单元类型分析内容⑧l杆系有限元平面梁单元基于初等粱理论求解截面应力④l32三维实体三维实体采用实体单元仿真分析分析真2有限元单元实状态下的截面应力分布③折面梁格法平面梁单元委。iI．涓缅俐。IIr儿VJ法分析①stackdriection=1stackdrlection=2fromfacP6t0face4fromfar3tn{‘、52．1平面杆系有限元基于平面杆系分析理论建立了工程实例的杆系有限元模型，如图3所示，通过求解截面受力，采用初等梁理论计算截面