桥梁横向分布影响线的平面杆系有限元计算方法比较.pdf

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1、2015年5月建材与装饰交通建设桥梁横向分布影响线的平面杆系有限元计算方法比较周为恺（中国瑞林工程技术有限公司福州分公司）摘要：桥梁横向分布系数平面杆系有限元法具有建模简单、快捷，计算快等优点。本文介绍了一种应用平面杆系有限元程序来分析桥梁横向分布影响线的计算模型，并用算例经过与其它横向分布电算软件及手算方法对比，验证其正确性和实用性。关键词：桥梁横向分布系数；平面杆系有限元中图分类号：U448.21+5文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）21-0209-03前言梁桥的上部结构由承重结构及传力结构“横隔梁、行车道板”两大

2、部分组成，各片主梁靠横隔梁和行车道板连成空间整体结构，当桥上作用荷载时各片主梁共同参与工作形成了各片主梁之间的内力分布。在计算活载时，需要考虑活载在各片主梁间的分布。汽车荷载所引起的各片主梁的内力大小与桥梁的横断面形式、荷载的作用位置有关，因此求解汽车荷载作用下各主梁的内力是一个空间问题。目前采用的方法主要有桥梁三维空间分析与将复杂的空间问题转化为平面问题。前者主要采用1~3维图1铰接板桥荷载横向分布计算模型结构分析通用程序，后者采用以平面杆系为主的桥梁结构专用分布计算模型。以下举例验证其正确性和实用性：分析程序配合荷载横向分布子程序结合

3、应用。[例1]如图2所示的简支梁桥，其计算跨径l=24.0m，桥面净由于桥梁受力计算采用三维空间整体分析虽然具有通用性，宽为10.25m垣2伊0.5m，横隔梁中距为6m，混凝土强度为C40。但也存在结构自由度多、工作量大，且仅靠应力分析很难进行配筋设计。因此桥梁计算时利用桥梁横向分布系数将复杂的空间问题转化为平面问题受到了广泛的使用。所以桥梁横向分布系数计算就显得尤其重要，在桥梁工程教材及其他各种专注中论述桥梁设计，大多均以桥梁横向分布系数计算为主。目前桥梁工程教材介绍的荷载横向分布系数计算大致有以下一些方法：（1）杠杆法；（2）梁格法，

4、包括刚性横梁法（也称偏压法）以及修正刚性横梁法（修正偏压法）、弹性支承连续梁法；图2结构基本尺寸图（3）梁系法，包括铰接板法、刚接板法、铰接梁法、刚接梁法；问题一：将T梁的翼板视作铰接板，计算1号边梁的汽车荷（4）板系法，如比拟正交异性板法（G-M法）。载横向分布影响线竖标。以上荷载横向分布系数计算方法在一般桥梁书籍中大多数问题二：考虑主梁抗扭刚度时，计算1号边梁的汽车荷载横介绍都以手算为主，本文介绍一种应用平面杆系有限元程序来向分布影响线竖标。分析桥梁横向分布影响线的计算模型。采用带有平面有限元计解：问题一算功能的软件即可实现对桥梁荷载

5、横向分布系数进行快速计（1）建立平面有限元法计算模型，其中翼板厚平取16cm，单算、校核。元板宽取b1=100cm，刚臂断点（2、5、8、11、14号节点）距板中心的平面杆系有限元法求解横向分布系数计算模型如图1。高度h近似取等于主梁全高，即h=170cm。其中的集中竖向弹簧支承刚度K棕和扭转支承刚度K兹可以（2）计算K棕和K兹由下式得出：采用MidasCivil截面特性计算器SPC计算T形截面特性如K=P/棕=仔4EI/l4；K=m/鬃=仔2GI/l2棕兹TT下：式中：I-为抗弯惯性矩；IT-为抗扭惯性矩；G取0.43E。单集44I=0

6、.276395mIT=0.013806m中荷载P=1作用于某块板时计算得出的各板块支承反力即为该代入得：K=仔4EI/l4=仔4伊3.3伊107伊0.276395/244=2677.9kN/m棕板块的荷载横向分布影响线竖标值浊。当各板块之间具有可靠的K=仔2GI/l2=仔2伊0.43伊3.3伊107伊0.01386/242=3369.9kN/m（如图3）兹T横向连接时，即需考虑主梁的抗扭刚度时只要把以上模型的主（3）平面杆系有限元法计算结果从节点取消，变为刚性连接的单元，就形成刚性横梁法荷载横向·209·交通建设建材与装饰2015年5月如

7、下：影响线数值：坐标X1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁1.1250.5570.3770.1980.021-0.1543.3750.3770.2900.2010.1110.021图3铰接T型梁计算模型5.6250.1980.2010.2020.2010.198与平面杆系有限元法计算结果对比十分接近。表1列出1、2、3号梁上分别在P=1作用时各竖向集中弹簧支承的垂直反力，即各梁的荷载横向分布影响线竖标。[例2]等截面连续箱梁截面见图6，桥孔布置：4伊30m，交角90毅，采用50号混凝土，E=3.35伊104MPa，G=0.43E（剪切弹性模表1

8、1、2、3号T形梁的荷载横向分布影响线竖表各集中弹簧支承节点处的竖向支反力量），试用修正偏心压力法及平面杆系有限元法计算中跨边腹板p=1作用位置移浊2581114荷载影响线竖标值。2（1号梁）