连续箱梁桥偏载系数三维有限元分析及工程应用

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1、48桥梁结构城市道桥与防洪2011年1月第1期连续箱梁桥偏载系数三维有限元分析及工程应用薛兴伟z，袁鸿z(1．广东省冶金建筑设计研究院，广东广州510080；2．暨南大学理工学院，广东广州510006)摘要：该文对利用三维实体单元建立连续箱梁全桥模型求取偏载系数进行了研究，并将实体单元结果，与薄壁杆扭转理论、修正偏压法、偏压法、经验系数法进行了对比分析。结合工程实例，进一步介绍了利用维实体单元计算连续箱梁偏载系数的方法。关键词：连续箱梁；偏载系数；三维有限元中图分类号：U448．215文献标识码：A文章编号：1009—7716(2011)

2、Ol一0048—02更符合实际情况。1概述本文结合文献【6】实例，采用实体单元计算偏混凝土连续箱梁桥变形小、抗扭刚度大，具有载系数，并同时比较了单支点对连续箱梁偏载系良好的整体性能和较大的跨越能力，在桥梁工程数的影响。中得到广泛的应用。当有偏心荷载作用于箱梁时，2单支点对连续箱梁桥偏载系数的影响偏于作用力一侧各肋板的正应力和剪应力都将增大，这种应力的增大系数称为箱梁偏载系数(用毫2．1偏载系数计算模型及工况表示)。为便于对比分析，本文选取文献[6】实例，作为箱梁顶面任意位置上的竖向荷载分解为若干计算分析的基本模型。对称、反对称于桥面中心线

3、的等效荷载，然后逐一连续梁布置示意见图1，断面见图2。进行纵、横向内力的分析，最后予以叠加，以得到问题的最终解答。在偏心荷载作用下，箱梁横截面某一点的正应力or一般由弯曲正应力(对称荷l鼻2撑3#4拌载)、约束扭转正应力o-w(反对称荷载)、畸变翘曲图13×30m连续梁示意图(单位：m)正应力(反对称荷载)三部分组成，则偏载系数：专：b盯叮

4、口b●在箱梁桥的设计中，通常采用杆系作为计算手段时，需引入偏载系数来考虑偏心活载对截面．噩H誉内力的不利影响。。．4llJI：．=lI3．25l3．5【3．5I王5i3．25I计算偏载系数的方法有经验

5、系数法、偏心压力法以及修正的偏心压力法等，文献[5】对这三种图23×30m连续梁断面图(单位：m)计算方法已经了详细的介绍，并提出了按梁肋实际横向分配系数来计算偏载系数的简化公式。文工况1：1#～4#均为双支座。献[6】应用薄壁杆扭转理论，对箱形截面连续梁桥工况2：1#、3#～4释为双支座，2#为单支座。的活载内力及应力进行了分析。文献[7]提出了建工况3：1撑、4#为双支座，2#、3#为单支座。立一对弹簧支承的计算模型来求解偏载系数。文分别计算3种工况下，挂车、汽车的偏载系献【8】利用试验手段，实测数据并对比分析这几种数，并与薄壁杆扭转

6、理论、修正偏压法、偏压法、简化计算方法。以上的研究都为对偏载系数的认经验系数法计算结果进行比较分析。采用大型有识和研究，做了很多有益的探索。限元软件Midasfea建立三维实体模型进行分析。利用实体单元建立全桥模型，能对箱梁横截图3为工况2、挂车作用于中跨的计算模型。面某一点的正应力、约束扭转正应力、畸变翘曲正三维有限元模型共7380个单元，13468个节点。应力进行全面考虑，因而得出的结果，是合理的，2．2偏载系数计算结果对}匕分析对建立的三维实体模型各个工况进行分析。收稿日期：2010—08—30作者简介：薛兴伟(1979一)，男，贵

7、州丹寨人，在职博士，工程分别提取各个工况下对应腹板的跨中下缘正应师，从事公路桥梁设计研究工作。力，将结果除以居中荷载作用下腹板下缘正应力，2011年1月第1期城市道桥与防洪桥梁结构49多情况下与实际不相符。(2)薄壁杆扭转理论、修正偏压法计算得出的结果，均偏小。(3)偏压法结果在挂车荷载的偏载系数，偏大。偏压法结果在汽车荷载的偏载系数，偏小。(4)单支点与双支点的不同边界条件，大部分结果差别不大，较大差异的汽车边跨单支点结果为双支点结果的1．06倍。因而建议实体建模应体现实际的边界条件。图33X30m连续梁偏载系数计算模型3节段实体模型的

8、设计计算方法及工程实即可得到对应工况的偏载系数。际应用以下以工况一、跨中作用挂车荷载作用下偏载系数为例，说明偏载系数实体单元结果的处理随着三维有限元技术的发展，很多大型有限元方法。工况一、跨中作用挂车荷载作用下，跨中边软件对建立三维有限元模型已经十分便利，比如著腹板下缘正应力为5．362MPa。除以居中荷载作用名的Ansys可以通过参数化程序进行编写Apdl语的结果2．284MPa，得5．362／2．284=2．348。其他工言命令辅助建模。Midasfea可以把Midascivil的杆况的计算方法同工况一。计算结果见表1。系模型导人，直

9、接生成实体单元模型，十分便利。设置边界条件相应的边界条件，按照偏载进行活载的布载即可。提取各个工况下对应腹板的跨中下缘正应力，将结果除以居中荷载作用下腹板下缘正应力，即可得到对应工况的偏载系数