梁格法在箱梁桥中应用综述

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1、梁格法在箱梁桥中应用综述　　摘要：梁格法作为一种有效的桥梁结构空间分析方法，在实际工程中已得到了越来越广泛的应用。本文综合概述了运用梁格法建立有限元模型的方法，以及影响梁格法精确性的几种因素，及其解决方法。关键词：梁格法，有限元模型，精确性，解决方法中图分类号：TU377文献标识码：A1梁格法原理梁格法的基本思想是用等效的纵向及横向梁格来模拟上部结构，将分散在板式或箱梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最临近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格构件内。理想的

2、刚度等效原则应该满足：当实际结构和对应的等效梁格模型承受相同荷载时，两者的挠曲将是恒等的，并且每一梁格内的弯矩、剪力及扭矩都等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。2梁格法研究现状与进展2.1基本假定10在利用梁格法时应满足下列基本假定：1）箱梁横截面各项尺寸与跨长相比很小，即可将实际结构视为集中在梁轴线上的弹性杆件；2）平截面假定，即梁变形后横截面仍保持平面；3）刚性截面假定，即梁变形后横截面无畸变；4）梁中截面翘曲扭转所引起的正应力和剪应力，与基本弯曲和纯扭转的应力相比很小，可忽略不计，只计纯扭转

3、的影响。2.2划分梁格单元利用梁格法分析时，首先需要考虑的是如何划分网格及计算每根构件的截面常数，直接关系到结构原型与比拟梁格间的等效程度以及最终的计算精度。在运用梁格法时，关键问题是两个方向的单元的划分，各单元截面特性的计算、加载，以及对分析结果的正确运用，以下就这几个问题展开讨论。2.2.1纵向梁格划分对于划分箱梁的纵向梁格，汉勃利[2]提出了一个原则：应当使划分以后的各工字形截面的形心大致在同一高度，也就是满足：梁格的纵向构件应与原结构梁肋（或腹板）的中心线相重合，通常沿弧向和径向设置；纵向和

4、横向构件的间距必须相近，使荷载的静力分布较为灵敏。各跨分别依据箱梁腹板的数目建立纵向梁格，忽略由于截面分割带来的形心位置与腹板中线的偏差，取纵梁位置为腹板中线。10对单箱单室横向施加预应力的截面或双箱截面，在顶板上应增设纵向梁格构件，用虚拟构件改善上部结构内的静力分布。2）对于单箱双室截面，根据腹板数目将箱梁分割成相应数目的工字梁，每一个工字梁的形心在上部结构的主轴上，这种情况宜每一根梁计入三分之一的顶板和三分之一的底板，每一根梁的惯性矩是上部结构总惯性矩的三分之一，如图1所示。3）对于单箱多室截面

5、，宜根据腹板数目，将上部结构从两腹板中央切开，如图2所示。和其他构件一样，它们的梁格惯性矩是按照上部结构主轴来计算的。图1图2对于有斜腹板的上部结构，代表斜腹板的梁格位置具有一定的随意性，通过比较证明，将斜腹板对应的梁格设置在水平投影长度的中心处，模拟效果较好，如图3所示。图310为了计算方便，对于箱形截面常在悬臂的边缘增加两根纵梁，这样计算机仿真计算时便可以绘制出悬臂部分的影响面，在利用影响面计算活载效应时便可以方便的多。同样，对于腹板间距较大的箱梁，为了提高活载计算结果的精确度，一般需要在两腹板

6、所代表的纵梁之间增加一根或几根纵梁，以使得影响面在两腹板直接位置处的数值更加精确。这些纵梁称之为虚拟纵梁。虚拟纵梁构件模式的不同划分，也会影响梁格计算精度。在划分梁格时一般较难将各工字型截面形心轴与整体截面主轴保持一致，为不影响梁格划分，可通过修改截面特性值的方法进行修正。2.2.2横向梁格划分横向梁格设置应根据结构的实际情况确定。若横隔板相当多（如系杆拱桥），这时横向构件应与横隔板重心重合。若横隔板间距较大，则必须增加横向虚拟梁格，为了保证荷载的正确传递，横向虚拟横梁的间距不宜超过纵向梁肋的间距，

7、其间距一般为反弯点之间距离的1/4。较密的间距使结构模型具有连续性，可得到内力分析较详细的细节，在受力较大处的部位或内力突变区，如支点附近，应加密梁格网格。虚拟横梁刚度近似取顶底板分别为上下翼缘，腹板很窄的工字形截面刚度，以期达到横向传力的目的。又根据文献[3]中得出的结论，将虚拟横梁的截面特性值放大或缩小10、100倍，对梁肋内力计算结果影响不大，在正常计算误差范围内，虚拟横梁的剪切面积值对结构受力不甚敏感。10依据箱梁理论，横隔板设置的目的是阻止横截面变形，限制横截面形状变形和扭转共同引起的横向

8、弯曲畸变应力和纵向正应力，改善荷载的横向分布，分配大的局部作用力和反力的作用，有时起着局部约束截面扭曲的作用，一般假定横隔板在固有平面内是刚性的，因此取横隔板及支座实体截面处刚性横梁刚度比纵梁刚度大一个数量级，以10~20倍为宜，以期达到有效约束纵梁的目的。梁格划分应考虑的因素：1）为了得到每条腹板各个截面的设计弯矩和设计剪力，在每条腹板处设置单元。为了加载方便，在悬臂端部设置虚拟的纵向单元。2）梁格的纵向杆件形心高度位置应尽量与箱梁截面的形心高度一致，纵横杆件的中心