结合梁桥计算分析软件简述

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1、如何编制结合梁桥计算分析软件几个关键问题的解决办法马润平,李正仁（中铁大桥勘测设计院湖北武汉430050）摘要：结合梁的计算分析仍建立在平截血假定的基础上，表征结构受力状态的量值已具体到结合部位的混凝土板和钢上梁。对于一些关键问题诸如组合截而的内力分解、结合部位混凝上板收缩和徐变的计算、温度荷载的计算等提出解决的方法并且推导出适介进行有限元计算的公式。按照本文思路已编制成计算软件，经考核验证在芜湖长江人桥、福州青洲闽江大桥和泰国八世皇大桥的分析中应用，结果正确。关键词:结合梁；有限元；结构分析；1前言1.1结合梁桥简介钢与混凝土结合梁是充分利用钢材与混凝十•两种材料的结构特性联介成

2、为整体而共同工作的i种结构型式，同单一材料制成的结构相比，可提高结构的强度和刚度，减轻自重，节约钢材，降低造价，具有显著的技术经济效果。我国从五十年代开始研究结合梁结构，并n在铁路、公路建设中都曾采用，但跨度不大。随着我国经济建设和计算机软硬件的发展，到九十年代在我国己经修建了数屎大跨度的结合梁桥，如芜湖长江大桥和福州青洲闽江大桥。结合梁有别于其它的桥梁结构的特点是其断面由两种或两种以上的材料纽成。这两种材料通常为混凝土和钢材，由于混凝十•具有收缩徐变的特性，随着时间的推移作用在组介断面上总的内力在变化，总内力分配至钢主梁和混凝土板z间的比例关系也在变化。通川的计算分析软件很难适应

3、结合梁的耍求，编制专川的计算分析软件很有必要。1・2计算的基木假定1）钢和混凝十之间的相互连接是可靠的，虽有微小的滑移，可忽略不及。2）钢和混凝土组成的组合截面的变形符合平截面假定。3）结合面只传递剪力。2软件编制的总体思路从数据的输入到结果的输出分为三大步概括为，"分”一“合”一“分”其具体含义如下：“分”:建立有限元模型吋混凝土桥面板和与Z联结的钢主梁都进行单元、节点的划分，就如同i般的单元。但二者之间不川任何单元连接也不用任何主从关系来确定它们之间的变形协调。只要说明它们为结合梁中的混凝土单元和钢单元即可。“合”：当混凝土板和钢主梁通过联结器牢固地结合在-起可以共同受力时，它

4、们二者就合二为一变为一个新的单元，称之为“换算单元”。其的面积、惯性矩是釆用换算截11啲概念求得的。在有限元分析中，用换算单元来组织结构的总冈镀矩阵，通过分解总刚度矩阵求解节点位移，再由位移求单元的内力，也包括换算单元的内力。这吋换算单元的内力是作用在整个组合截面上的总内力。“分”：当内力求出后，把整个组合截面上的内力按照平截而假定分解到混凝土单元和钢单元上，再由各白的内力求应力。从上述步骤可以看出，对用户來说，二者始终是分开的，而二者结合在一起的时候发生在程序计算时，用八是感觉不到的。这样处理的好处：从用户角度，对以得到混凝土和钢的内力、应力情况，符介通用结构分析软件的习惯，易于

5、接受；从基本原理出发，符合经典的处理结合梁结构的方法（换算截面）；从有限元分析的方法考虑，易于添加各种荷载，如混凝土的收缩、徐变，混凝土板与钢主梁的温滋等。3组合截面的内力分解通用的有限元软件只能求出组合截面的内力，要得到钢和混凝土的各自的内力就必须对总内力进行分解。这是编写此类软件时要解决的基本问题。轴力、弯矩的分解比较容易。剪力的分配在施工阶段也比较容易，每个单元的力素齐全而K对应，可以使用平衡法求解。剪力的分配在运营阶段（活载加载）比较麻烦,通用的有限元计算软件每个单兀的力素虽然齐全但是不对应，无法利用平衡关系。只有在求得每一单元某一力素为极值时其它力素的对应值才能应用平衡关

6、系。这种方法难度和工作量都比较大。另一种比较简单的办法就是使川枳分法,可以直接求得作用在混凝土板上的剪力。此法的局限是对混凝土板的断而形式有限制。3.1轴力、弯矩分配组合断面的断面通常如图1,上层为混凝土板兼作桥面行车道板，下层为钢材制成的主梁，钢主梁的断而形式有工字型和箱型等，二者通过联接器紧密结介。截面上的止应力如图loE钢和混凝土的弹模比：Ec混凝土板截面面积：A-钢主梁截面面积：人,b,图］组合截面和正应力分布77/换算为钢的组合截面而积：A-44=4+二（式1）n混凝土板形心和钢主梁形心间距为a,从组合截面的形4至混凝土板形的距离为％从组合截面的形心至钢主梁形心的距离为3

7、so人A,卜ac-a—as=a（式2）AinAj混凝土板截面惯性矩：Ic钢主梁截面惯性矩：h换算为钢的组合截而惯性矩：I.厶=/$+'+Aiacas（式3）n作用在组合截面上的弯矩M,可分解为:分别由混凝土板和钢主梁承担的弯矩Me、Ms，以及由作用在两者Z上的轴向力Nm构成的力偶矩aoM,=M^Aa=M^^A作用在组介截Mi上的轴力应分解为:ANc=N亠AN=N^A综合N、M分解完成后：混凝土板上的轴力：N<=N・d+M心4（式勺cnA,厶•a混凝土板上的弯矩：M=M