混凝土簡支箱梁截面參數對其內力影響的分析研究

黃金范+許垚+厲凌+梅笑冰+褚貞欽

（上海工程技術大學 城市軌道交通學院 上海）

摘 要：本文研究了混凝土簡支梁橋主梁，主要對象為箱型梁。箱型梁由于其自身截面特點具有承載力較大，抗彎、抗扭性能強切自重小等特點，從而被廣泛應用。文章以箱梁的腹板坡度以及腹板厚度為變量，借助現(xiàn)代化工具MidasCivil結合結構優(yōu)化設計理論，以有限元模擬荷載作用下不同截面參數的簡支箱梁，得出其受力狀態(tài)。并且將荷載作用相同的不同截面的梁進行橫向比較，分析截面參數的改變對梁受力的影響。

關鍵詞：箱梁；截面參數；MidasCivil

1引言

簡支體系橋是一端為固定鉸，另一端為可動較的結構體系，是橋梁中應用最早，使用最廣泛的一種橋型。[1]簡支梁橋受力簡單，跨中只承受彎矩，預應力、收縮徐變、體系溫變等不會在橋梁中產附加應力。由于結構內力受到地基變形等因素影響小，對基礎要求低，故適用于我國廣大地區(qū)的復雜地質條件。簡支梁橋相鄰橋孔單獨受力，所以施工管理簡單且施工費用低。簡支梁橋主梁截面形式有肋板、空心板、箱型、組合箱型等。本文的研究對象箱型梁其箱型的截面具有良好的結構性能，有抗扭剛度大、有效抵抗正負彎矩、施工方便、整體受力、適應性強、鋪設管道方便等特點。隨著橋梁事業(yè)的迅速發(fā)展，對橋梁設計提出了更高的要求，傳統(tǒng)的橋梁設計受到沖擊，導致橋梁結構分析理論進一步發(fā)展。[2]本文以某30米跨徑混凝土簡支箱梁為背景，選定該箱梁的腹板以及腹板坡度為變量，借助Midas有限元軟件對該箱梁進行結構性能的分析。研究其在相同荷載及外部環(huán)境下，腹板坡度以及腹板厚度的改變對該梁受力情況產生的影響。

2 建立模型

本文主要選取箱梁腹板的坡度和厚度作為設計變量，其他截面尺寸作為常量考率。箱梁的截面尺寸如圖1所示。箱梁采用單箱單室結構，跨徑30m，梁高1.6m，采用斜腹板，梁底寬1.8m，箱梁頂板寬3.3m，混凝土等級為C50。

使用的工具為Midas Civil，該軟件針對土木結構，尤其是分析像箱型橋梁、懸索橋、斜拉橋等特殊的橋梁結構形式，同時也可以進行非線性邊界分析、材料非線性分析、水化熱分析、動力彈塑性分析和靜力彈塑性分析等?？梢匝杆?、準確地完成類似結構的設計和分析。

建模步驟：

（1）定義材料截面特性：在混凝土規(guī)范選擇JTG04（RC），在數據庫選擇欄選擇C50。鋼材定義方法相同。之后定義跨中界面，選擇特定義截面數據對話框 ，在設計截面選項卡中，截面類型選擇單箱單室。在截面偏心選擇中-上部，點擊適用。支點截面操作方法相同。

（2）建立節(jié)點單元：選擇導入AutoCad DXF文件，選擇需要導入的dxf文件 ，導入縱梁圖層 ，選擇 C50材料，跨中截面點擊確定。

（3）定義跨度信息，選擇全部節(jié)點單元，修改支承位置。然后定義界面，選擇標準截面-支點界面，分別編輯上翼緣厚度、下翼緣厚度、腹板坡度、腹板厚度等界面尺寸參數。

（4）添加靜力荷載：添加自重，設置sz=-1.04，日照升溫和日照降溫分別為20T和-20T。

（5）添加邊界條件：定義支座底節(jié)點，添加一般支承。

（6）添加移動荷載：移動荷載選擇China規(guī)范，添加車道線，命名車道名稱車道1，設置車輪間距為1.8m，比例系數為1，車輛移動方向為往返。之后添加車輛，選擇，添加標準車輛 CH-CL。最后添加移動荷載工況，添加移動荷載工況為中載，規(guī)范類型JTG B01-2014，加載車道數為1。

（7）定義支座沉降：定義荷載工況名稱沉降，依次添加支座沉降為-0.01m。

3 實驗結果分析

箱梁模型我們分別做了兩組，分別以腹板厚度和坡度作為變量。具體為：腹板坡度（底邊/高）為200/1300時，腹板厚度分別取150、160、170、180、190、200、210（mm）以及腹板坡度（底邊/高）為1/4時，腹板厚度分別取150、160、170、180、190、200、210（mm）的兩種情況。

經軟件計算，移動荷載作用于梁體，使其產生的彎矩和剪力，由于所有箱梁模型的長度均為30m，所以數值也是一致的，分別為中心處最大彎矩為：365.93tonf，支承處最大剪力為：54.91tonf。

荷載工況為移動荷載加恒載的兩組不同腹板坡度的箱梁最大內力數據如圖3和圖4所示。

對比兩組四項數據，可獲得腹板厚度與坡度對梁體內力的影響。

4 結論

通過兩組模型剪力和彎矩的比較，可以較為清晰的看出不同界面尺寸的箱梁在外部移動荷載的作用下箱梁內力的變化：

（1）在給定的腹板坡度下，所計算的箱梁彎矩和剪力是對于變量腹板厚度的增函數。

（2）腹板坡度對箱梁內力產生影響，腹板坡度越大，箱梁所受剪力和彎矩越大，但腹板坡度有一定的范圍，坡度過大是不合理的。

（3）兩種坡度下箱梁內力隨腹板厚度的增加而產生的變化量較為接近。

通過數據的對比，我們能發(fā)現(xiàn)腹板厚度和坡度兩種界面尺寸參數對箱梁受力的作用，我們相信深入的探索，將會對橋梁的設計、降低造價、提升性能等諸多研究提供相當的幫助。

參考文獻：

[1]夏禾. 橋梁工程（上冊）. 高等教育出版社. 2011

[2]鄧楊芳. 優(yōu)化理論及ANSYS程序在橋梁優(yōu)化設計中的應用研究[D]. 重慶交通大學. 2009endprint