基于梁格法及板壳有限元法的立交桥空间分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第3O卷第1期武汉工程大学学报Vo1．30NO．12008年01月J．WuhanInst．Teeh．Jan．2008文章编号：1004—4736(2008)01—0037—04基于梁格法及板壳有限元法的立交桥空问分析赖国政，吕容涛。(1．中国市政工程中南设计研究院，湖北武汉430012；2．武汉工程大学，湖北武汉430074)摘要：研究了城市立交桥多股匝道交汇处的异形梁结构的空间受力特性．以某立交桥异型梁为工程背景，采用梁格法模型及板壳有限元法模型

2、对该异型结构进行了对比计算分析，分析研究表明：相对于实体板壳有限元法，梁格法作为一种介于平面和实体有限元方法之间的结构计算方法，其计算简便、高效、实用，可以用于工程设计．关键词：梁格法；板壳有限元；异型箱梁；城市立交桥中图分类号：U4448．15文献标识码：A献．本文以广州某立交桥为背景工程，建立了该桥0引言梁格模型和板壳有限元模型l4]，分析了该桥的城市立交桥多股匝道交汇处的块体属异形结异型块结构在两种计算模型下多种荷载工况的受构，应力状况复杂，是该种桥梁结构设计中受力状力特性．况难以把握的部

3、位，运用常规的平面杆系有限元1背景工程分析方法无法得到真实受力状态，必须采用空间分析方法进行三维有限元受力分析口]．对于工程取广州某立交A匝道左幅第三联为背景工程，设计而言，建立板壳或者实体单元模型是一件非本联为(4×25+21+2×20)m的连续梁，如图1．粱常繁琐和耗时的工作，而用梁格法建立一个简化体一至三跨采用单箱单室等高度变截面预应力混凝的等效模型则更现实可行，且可节约时间，也易于土连续箱梁，四、五跨为交叉口路段，梁体由单箱双掌握和应用．但梁格法计算的结果和实际结果相室变为双箱单室接左转

4、L匝道和右转A匝道．主梁差多少，能否满足工程设计的要求，则鲜见于文施工采用满堂脚手架一次落架现浇施工．图1异形梁段平面图Fig．1Genaralviewplaneofirregulargirder该联平面位于R一600m右偏圆曲线和A一2有限元模型及单元划分219．089右偏缓和曲线上，桥面变宽由箱室变宽实现，梁高采用1．3m，横断面采用单箱单室过渡到2．1梁格模型双箱单室，每室腹板横向间距最小1．42m，最大梁格法的主要思想是将桥梁的上部结构用一4．25m；顶板厚为0．22m；底板厚0．20m

5、；边腹板个等效的梁格来模拟]．梁格的划分应综合考虑厚跨中为0．45m，支点处为0．60m，中腹板厚跨以下因素：中为0．45m，支点处为0．80m；端部和跨中变厚a．梁格的纵向杆件形心高度位置应尽量与箱段均为1m；端横隔梁厚1．0m，中横隔梁厚梁截面的形心高度相一致，此时，根据截面惯性矩1．5m．顶板倒角为54×18cm，底板倒角为20×的计算公式，梁格纵向杆件自身的截面抗弯惯18cm．梁顶横坡通过梁体旋转而成．性矩之和即等于整体截面的抗弯惯性矩．由此保收稿Et期：2007—09—14作者简介：赖

6、国政(1978一)，男，湖北荆门人，工程师．研究方向：城市立交桥的设计维普资讯http://www.cqvip.com38武汉工程大学学报第3O卷证梁格离散后的计算结果与整体截面单元的单梁Civil进行内力计算分析，按A类部分预应力构件模型计算结果相吻合．配置预应力钢束．为了进行对比分析，在MIDASb．为保证荷载的正确传递，横向杆件的间距建模分析时，混凝土建模采用板单元，并结合翼缘不宜超过纵向梁肋的间距．板厚变化和腹板加腋采用变化的板厚，预应力筋c．纵梁抗扭刚度的计算按整体箱型断面自由采用只受

7、拉的索单元．扭转刚度平摊到各纵梁上．由于MIDAS／Civil中板单元无法施加预应图2为该异型箱梁叉口局部段纵横向梁格划力，在本模型中采用切割法将预应力钢束单元和分示意图．腹板单元(或底板单元)共用节点，协同受力，采用对钢束施加降温的方法施加预应力．考虑到其抗剪能力，本模型对腹板和横梁采用厚板单元，顶底板及翼缘采用薄板单元，在应力变化较大的位置，尽量使用了四边形单元细分提高计算精度．因该程序中只受拉索单元不能进行影响面加载，故在进行影响面分析时将只受拉索(a)异形梁局部平面图单元改为桁架单元，分

8、析证明这种处理对腹板等主要结构的受力模拟误差较小．底板和腹板钢束截面积为0．00168m2和0．0021m2，采用初降温方法施加预应力，考虑永存应力为张拉控制应力的7O，初降温为AT=1395×7O％／(195000×0．000O1℃)一501℃，分析中该程序可以按选用的规范计入混凝土收缩徐变影响．(b)变截面I—I梁格划分全桥腹板单元划分尺寸控制小于0．51TI，交叉图2纵横向梁格划分示意图Fig．2Longitudinalandtransversegrillagepartition口作局部细