扁平钢箱梁梁格法有限元对比分析.pdf

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1、84桥梁结构城市道桥与防洪2013年5月第5期扁平钢箱梁梁格法有限元对比分析乔建刚，何文飞，赵传亮(天津市市政工程设计研究院，天津市300051)摘要：扁平钢箱梁正成为大跨度桥梁加劲梁的主要结构形式，该类型梁体通常桥宽较大，由于单梁模型不能反映粱体横向效应，通过建立一个典型扁平宽箱梁的板单元模型，单梁模型及梁格法模型，在相同工况下对比其挠度和应力，考察梁格法在扁平钢箱梁有限元分析中的有效性。关键词：扁平钢箱梁；有限元；梁格法中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1009—7716(2013)05—0o84—03假设把箱梁在顶板、底

2、板纵向切开成多个工字1概述梁(或类似工字梁)，此时各工字梁的重心将不在扁平钢箱梁具有整体性强、强度高、自重轻、同一水平线上，这与实际结构不一致，实际上梁承抗风性能优越、工厂化程度高等优点，正成为大跨受荷载弯曲时，应绕着同一个中性轴弯曲。因此，度桥梁加劲梁的主要结构形式。梁格构件所代表的每根工字梁截面特性应绕着整扁平钢箱梁的有限元模拟，可采用实体单元体上部结构的中性轴计算，即单个梁格的纵向截面法、板单元法、梁单元法和梁格法；针对扁平钢箱特性要通过移轴公式将其统一到整体结构的中性梁薄壁的特点，板单元法较实体单元法具有模型轴上。因此，纵向梁格

3、构件的弯曲刚度为，其中简便的优势，然而板单元法仍受制于模型复杂、数L为梁格所代表的截面对箱梁整体截面的中性轴据后处理困难、各工况最不利情况计算量大等问的惯性矩。题，在实际工程中一直无法广泛应用。单梁模型对箱梁在横向也产生弯曲变形，横向构件抗弯刚于桥梁横桥向作用效应无法模拟，而扁平钢箱梁度(绕水平轴)应按绕箱梁顶板、底板的共同形心来通常桥宽较大，单梁模型计算精度相对较差。梁格计算；抗弯刚度为箱梁顶、底板的抗弯刚度之和。法模型建立和数据处理较为简单，概念清晰，较适(2)扭转刚度合对宽梁桥的模拟。一根纵向或横向梁格构件的抗扭刚度等于构件所代表

4、的顶板和底板刚度。当梁格受扭时，纵向2梁格法计算原理构件扭矩仅提供横截面上总扭矩的一半，另一半由梁格法(GrillageMethod)是分析桥梁上部结构上部结构对边上相反的垂直剪力来提供。实用有效的空间分析方法之一。该方法用等效梁(3)剪切刚度格代替桥梁的上部结构。将分散在梁体每一区段纵向梁格的剪切面积应等于腹板的横截面积。内的抗弯、抗扭和抗剪刚度集中在最近的一个等若忽略泊松比的影响，横向梁格的截面特性值计算效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格与纵向梁格类似，对于单位宽度横向梁格抗剪面积构件内，横向刚度集中于横向梁格构件内。对梁格

5、可采用近似公式：3的受力进行分析就可得到实桥的受力状态_1．zI。GA：fr1一E(1)箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移，可分dz+(d+d”)成纵向弯曲、横向弯曲、刚体扭转和畸变这四种基式中：d’、d”、dw为顶底板厚度．f、h为格室宽本状态。用剪力柔性梁格法模拟箱梁的原理是：当梁度、高度。当横向梁格内包含横隔板时，上述等效格节点产生挠度和转角时，由梁格构件刚度产生的剪切面积的计算还应计人横隔板的截面面积f3_。内力，局部等效于实际结构内力。在实际应用时，根据上述原理，可推出梁格构件的等效截面刚度。4梁格、板壳及单主梁对比分析3梁格构

6、件截面特性本文将通过扁平钢箱梁实例对比板壳单元法、梁单元法和梁格法有限元模型计算结果，探讨梁格(1)弯曲刚度法在扁平钢箱梁有限元分析中的应用。收稿日期：2013-01—044．1实例参数作者简介：乔建刚(1984一)，男，天津人，工程师，从事桥梁设计工作。采用60m一跨简支扁平钢箱梁进行建模对比2013年5月第5期城市道桥与防洪桥梁结构85分析，梁宽45in，梁高3m。顶板厚16mm，平底板厚为12mm，斜底板厚为20mm；顶板u肋厚8mm，底板U肋厚6mm；腹板厚30mm，采用20mm厚扁钢加劲。截面形状见图1。每隔3in设置一道实2

7、34￡腹式横隔板。图5梁格法纵向构件划分示意图(单位：OW1)4．3计算结果比较(1)自重作用下位移图1算例主梁截面图6、图7分别为梁格法中梁格和边梁格自重4．2有限元模型作用下与板单元及单梁法模型的八分点竖向位移本文分别采用通用有限元程序ANSYS建立板结果对比。单元模型(见图2)，采用MIDAS／Civil建立梁格(见图3)和单梁(见图4)模型，对比各有限元模型在自重及跨中横向500kN／m的均布荷载作用下各一lO模型的位移、应力计算结果，考察各种模型的计算量一20精度。一30·蟹一40—50—600075l5．022．530037

8、545．0525600位置／m图6自重作用下中梁格竖向位移。＼—+-板壳／l0一梁格—一单粱—20》‘彗30图2板壳有限元模型鞘一4O‘1／一／一5060oo7．515o22．530．o37545．052．