梁格法在預(yù)制混凝土箱梁橋空間分析中的應(yīng)用

侯娜

（西安市市政設(shè)施管理局橋梁監(jiān)測中心，陜西 西安 710016）

梁格法在預(yù)制混凝土箱梁橋空間分析中的應(yīng)用

侯娜

（西安市市政設(shè)施管理局橋梁監(jiān)測中心，陜西 西安 710016）

簡要闡述了預(yù)制混凝土箱梁橋計算模型的主要方法：考慮橫向分布系數(shù)的單梁模型、等效梁格模型、實體模型。通過工程實例單梁模型和梁格模型的內(nèi)力、應(yīng)力對比分析，驗證了梁格法在預(yù)制混凝土箱梁橋分析中的有效性和精確性，為相關(guān)工程提供借鑒經(jīng)驗。

箱梁橋；單梁；梁格；橫向分布系數(shù)

0 引言

剛接梁橋結(jié)構(gòu)的計算模型主要方法有：考慮橫向分布系數(shù)的單梁模型、等效梁格模型、實體模型。單梁模型是通過引入荷載橫向分布系數(shù)，將橋梁的空間受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為平面桿系受力狀態(tài)，從而進(jìn)行單梁模型的計算。該計算方法簡便,且精度一般能滿足計算要求，應(yīng)用廣泛。梁格法理論是將橋梁上部結(jié)構(gòu)用等效的梁格來計算分析，計算結(jié)果能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)（與單梁模型相比），模型結(jié)果能直接輸出結(jié)構(gòu)內(nèi)力，便于利用規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度驗算，常與單梁模型互為校核，與實體單元法相比具有構(gòu)建結(jié)構(gòu)單元簡單、運(yùn)算量小、效率高、計算精度高等優(yōu)點。實體模型是對橋梁整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維有限元離散,可求得橋梁全部的變形,但建模工作量大，費(fèi)時較多，輸出的應(yīng)力結(jié)果不能直接用于強(qiáng)度計算，實際工程使用較少。

梁格法是分析橋梁上部結(jié)構(gòu)比較實用有效的分析方法，概念清晰，易于操作，在橋梁結(jié)構(gòu)分析中得到廣泛應(yīng)用。它的主要思路是將上部結(jié)構(gòu)用一個等效梁格來模擬，將分散在箱梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi)[1]，實際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)。分析梁格的受力狀態(tài)得到橋梁的受力狀態(tài)。理想狀態(tài)是當(dāng)實際結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的等效梁格承受相同荷載時，兩者的撓曲、彎矩、剪力、扭矩將是相等的。

1 工程實例

榆溪大橋為4×20m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，后張法部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件。橋梁交角90°。橋梁平面位于直線上，設(shè)計荷載：公路I級車道荷載，按三車道加載。橋面總寬度為12m，寬度組合為：0.5m（護(hù)欄）+11m（行車道）+0.5m（護(hù)欄）=12m。現(xiàn)對4×20m連續(xù)箱梁橋分別建立考慮橫向分布系數(shù)的2號中梁模型和梁格法模型，將兩者的計算結(jié)果進(jìn)行比較，從而驗證梁格法在剛接梁橋空間分析中的有效性。其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。

圖1 上部構(gòu)造橫斷面圖（單位：mm）

2 單梁模型的建立

該橋有現(xiàn)澆濕接頭、梁端橫隔板，基本結(jié)構(gòu)是剛接受力，因此，汽車荷載橫向分布系數(shù)按剛接板梁法計算。剛接板(梁)法適用特點是：當(dāng)相鄰的板梁之間可近似看成整體板的情況下可以采用剛接梁法計算荷載橫向分布系數(shù)。這種方法在計算過程中不僅考慮了剪力在橫橋向的傳遞，同時也考慮了彎矩在橫橋向的傳遞。表1為2號中梁影響線數(shù)值表。

表1 2號中梁影響線數(shù)值表

由橫向分布系數(shù)計算結(jié)果分析可知：2號中梁橫向分布系數(shù)取0.606。橋的主梁單元采用MIDAS中的“BeamElement”梁單元來進(jìn)行模擬。根據(jù)榆溪大橋結(jié)構(gòu)的特點，中梁劃分了80個單元。其中支點截面為1、20、40、60、80號單元，邊跨跨中截面為10號和70號單元。中跨跨中截面為30號和50號單元。圖2為2號中梁模型圖。

圖2 2號中梁模型圖

3 梁格模型的建立

將小箱梁上部結(jié)構(gòu)劃分為縱向梁格和橫向梁格，根據(jù)實際縱梁的中軸位置設(shè)置縱向梁格，程序自動計算截面尺寸及截面剛度。橫向梁格通過實際橫隔板和虛擬橫梁模擬。實際橫隔板按照實際結(jié)構(gòu)位置建模，以得到真實的自重和剛度，其他位置建立相當(dāng)于實際頂板剛度的虛擬橫梁。虛擬橫梁的截面為“一”字型截面，高度取翼緣板的厚度，長度取1.26m。虛擬橫梁不計自重，可在截面特性值中調(diào)整。該模型共有縱梁4道，1米1個單元，共計320個單元，每米縱梁之間有虛擬橫梁連接，共76道，228個單元。實際橫隔板5道，15個單元。全橋梁格模型如圖3所示。

圖3 梁格模型圖

4 兩者模型結(jié)果的比較

為驗證采用上述措施建立梁格模型的精度及實用性，將梁格模型結(jié)果與考慮橫向分布系數(shù)的單梁模型計算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗證梁格模型有效性。

現(xiàn)將2號中梁分別采用兩種模型計算得到的承載能力極限狀態(tài)（1.2恒荷載+1.4移動荷載+1.2鋼束二次+1.0徐變二次+1.0收縮二次）與正常使用極限狀態(tài)（1.0恒荷載+1.0鋼束一次+1.0鋼束二次+1.0徐變二次+1.0收縮二次+0.5555移動荷載）下計算結(jié)果相比較，如圖4～圖7所示。

圖4 承載能力極限狀態(tài)下彎矩包絡(luò)圖（單梁）

圖5 承載能力極限狀態(tài)下彎矩包絡(luò)圖（梁格）

圖6 正常使用極限狀態(tài)下最大組合軸向應(yīng)力圖（單梁）

圖7 正常使用極限狀態(tài)下最大組合軸向應(yīng)力圖（梁格）

通過上述模型的對比可知：承載能力狀態(tài)下彎矩包絡(luò)圖和正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)力圖走向基本一致，最大相差4.2%，梁格模型正彎矩偏大，對應(yīng)的壓應(yīng)力偏小。

5 結(jié) 語

從以上分析可以得出，梁格法是一種能較好模擬原結(jié)構(gòu)空間受力狀況的分析方法，不需要計算荷載橫向分布系數(shù)，簡單易行，分析的精度可以滿足剛接小箱梁橋理論計算要求。本文采取保證簡化梁格模型與原始模型等效的一些措施，實用、有效，為梁格法在預(yù)制混凝土箱梁橋的實際應(yīng)用提供了參考。

[1]漢勃利.橋梁上部構(gòu)造性能[M].北京：人民交通出版社,1982.

U441

：B

：1009-7716（2017）02-0098-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.029

2016-11-08

侯娜（1982-），女，河北唐山人，工程師，從事橋梁設(shè)計及檢測工作。