裝配式簡支T梁寬橋橫向分布

蘇 佩, 錢若霖, 鄔曉光, 賀 攀(長安大學 公路學院, 陜西 西安 710064)

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裝配式簡支T梁寬橋橫向分布

蘇 佩, 錢若霖, 鄔曉光, 賀 攀
(長安大學 公路學院, 陜西 西安 710064)

以寬跨比0.625的裝配式簡支T梁為依托,分別采用梁格法和實體單元建模方式分析了中載和偏載兩種工況下跨中截面應(yīng)力及撓度分布,得出小寬跨比寬橋梁格法建模是滿足精度的.利用梁格法反算橫向分布系數(shù)與傳統(tǒng)理論G-M法進行對比,得出G-M法對于中梁適用,而對于邊梁誤差較大的結(jié)論,在寬橋設(shè)計計算時應(yīng)重點考慮.

橋梁工程; 寬跨比; T梁;寬橋; 橫向分布; 梁格法

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展,人流量和車流量日益增加,為保證交通的快捷順暢,寬橋在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用也越來越廣泛,尤其是裝配式T梁和小箱梁寬橋[1]以其安全便捷、施工質(zhì)量高的特點得到橋梁設(shè)計者青睞.一般認為寬跨比(B/L)大于等于0.5的橋梁為寬橋,目前研究多以窄橋為主[2-3],其中已有的理論方法有剛性橫梁法和G-M法.剛性橫梁法把梁橋視作由主梁和橫梁組成的梁格系,載荷通過橫梁由一片主梁傳到其他主梁上,同時主梁又對橫梁起彈性支承作用;G-M法把結(jié)構(gòu)簡化為縱橫相交的梁格系,按桿件系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)來求解,也可設(shè)法把結(jié)構(gòu)簡化為一塊矩形的平板,作為彈性薄板理論進行分析.隨著寬跨比的增大,很多問題相應(yīng)而生,針對寬橋橫向分布的研究逐漸得到人們的重視[4],寬橋橫向分布、穩(wěn)定等方面都和窄橋有很大區(qū)別,呈現(xiàn)出顯著的空間效應(yīng)[5-6].對寬橋進行整體的空間分析得出其橫向分布規(guī)律對其設(shè)計優(yōu)化和安全性能具有很大意義.本文采用梁格法[7-8]和實體單元[9-10]建模兩種方法分別對比分析了裝配式T型寬橋主梁的橫向分布特性,以得到更適合寬橋建模的方法以及力學特性.

1 工程概況及計算模型

本文以某20 m預(yù)應(yīng)力簡支T梁寬橋為工程背景,橋梁寬度12.5 m,由5片T梁組成,跨徑20 m,橋梁寬跨比為B/L=0.625,截面形式如圖1、圖2所示,主梁采用C50混凝土.本文采用midas/civil建立梁格法有限元模型,采用ANSYS建立實體單元模型,主要進行主梁的模擬,通過主梁的撓度響應(yīng)反算橫向分布特性進行研究分析.

圖1 邊梁截面Fig.1 The section of side beam

圖2 中梁截面Fig.2 The section of middle beam

2 簡支T梁寬橋橫向受力分析

2.1 計算工況的選取

考慮到簡支T梁寬橋橫向主梁數(shù)量一般較多,寬度較大,空間受力情況較窄橋有差異.為得到寬橋的應(yīng)力及變形整體受力性能,借助midas/civil梁格法有限元模型和ANSYS實體單元模型對比分析,分別選取計算工況如下.

工況1:中載,集中載荷100 kN作用于跨中中梁處.

工況2:偏載,集中載荷100 kN作用于跨中邊梁處.

2.2 應(yīng)力、撓度的對比分析

利用midas/civil梁格法建模并查看其兩種工況下的應(yīng)力及撓度圖,如圖3 ～圖6所示.

圖3 梁格法工況1撓度圖Fig.3 Deflection diagram under beam grid method 1

圖4 梁格法工況1應(yīng)力圖Fig.4 Stress diagram under beam grid method 1

圖5 梁格法工況2撓度圖Fig.5 Deflection diagram under beam grid method 2

圖6 梁格法工況2應(yīng)力圖Fig.6 Stress diagram under beam grid method 2

提取跨中截面底板應(yīng)力及梁底撓度數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 Midas/civil梁格模型兩種工況下應(yīng)力及變形值Table 1 Stress and deformation values under beam grid method

與梁格法建模思路相似,利用ANSYS實體單元建立全橋模型并查看不同工況下應(yīng)力及撓度云圖,如圖7 ～圖10所示.

圖7 實體建模工況1撓度圖Fig.7 Deflection diagram under solid modeling 1

圖8 實體建模工況1應(yīng)力圖Fig.8 Stress diagram under solid modeling 1

提取跨中截面最大應(yīng)力及梁底撓度數(shù)據(jù)如表2所示:

比較兩種建模方式及各工況下跨中特征截面應(yīng)力及撓度值,變化規(guī)律如圖11～圖12所示.由圖3～圖12及表1、表2可知:

表2 ANSYS實體模型兩種工況下應(yīng)力及變形值Table 2 Stress and deformation values under solid modeling ANSYS

圖9 實體建模工況2撓度圖Fig.9 Deflection diagram under solid modeling 2

圖10 實體建模工況2應(yīng)力圖Fig.10 Stress diagram under solid modeling 2

圖11 應(yīng)力變化規(guī)律Fig.11 Stress variation law

(1) 兩種建模方式中載工況下應(yīng)力撓度均呈對稱分布,集中載荷作用的梁應(yīng)力撓度最大;

(2) 對于該寬橋結(jié)構(gòu),偏載工況下中梁應(yīng)力撓度大于中載工況下邊梁的應(yīng)力撓度.偏載工況下另一片邊梁撓度出現(xiàn)正值.由此可見,梁間橫向傳力作用對于寬橋影響是顯著的,在設(shè)計計算時應(yīng)予以重視.

(3) 兩種建模方式所得應(yīng)力撓度值誤差很小,理論上采用實體建模方法分析寬橋結(jié)構(gòu)更精確,但實體建模復(fù)雜繁瑣;梁格法建模方便快捷,且對于小寬跨比的寬橋精度滿足精度要求.

圖12 撓度變形規(guī)律Fig.12 Deformation variation law

3 橫向分布系數(shù)計算

根據(jù)G-M法截面參數(shù)計算并查表以及根據(jù)撓度值反算橫向分布系數(shù)結(jié)果如表3所示.

表3 G-M法與梁格數(shù)值方法橫向分布系數(shù)及誤差

由表3中數(shù)據(jù)對比可見,對于簡支T梁寬橋橋橫向分布系數(shù)的計算,GM法計算邊梁時所得橫向分布系數(shù)較大,誤差達到61%,但在計算中梁時與梁格數(shù)值方法結(jié)果較接近,誤差最大3%,具有一定精度.故采用GM法計算寬橋中梁橫向分布系數(shù),與實際較吻合.對于邊梁橫向系數(shù)的計算采用梁格數(shù)值方法較為精確.

4 結(jié) 論

(1) 在對寬跨比為0.625但不大于1的小寬跨比裝配式簡支T梁寬橋進行受力分析時,采用梁格法建模滿足精度要求,根據(jù)計算需要可以考慮復(fù)雜的實體建模方法.

(2) 寬橋的橫向傳力規(guī)律不同于窄橋,其空間效應(yīng)明顯,傳統(tǒng)理論方法存在局限,在設(shè)計計算時應(yīng)考慮其影響,建立整體空間模型計算其橫向分布.

(3) G-M法計算裝配式簡支T梁寬橋橫向分布時,對于邊梁不再適用,但對于中梁誤差在3%以內(nèi),具有一定精度.

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【責任編輯: 趙 炬】

Transverse Distribution of Fabricated Simply Supported T-Girder Bridge

SuPei,QianRuolin,WuXiaoguang,HePan

(School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

The beam-grid method and the solid element method are used to analyze the stress and deflection distribution of the mid-span section under the loading condition and the eccentric load condition, respectively, based on the simply supported T-beam with the span ratio 0.625. The beam grid method is to meet the precision for modeling of wide bridge in small wide-span ratio. It is found that G-M method is suitable for middle beam, while for the conclusion that the side beam error is large, it should be considered in the design of wide-span bridge again when the lateral load distribution coefficient is compared with the traditional theoretical G-M method by using beam grid numerical method.

bridge engineering; width-span ratio; T-beam; wide bridge; lateral load distribution; beam grid method

2016-12-08

蘇 佩(1993-),女,長安大學碩士研究生人; 鄔曉光(1961-),男,湖北英山人,長安大學教授,博士生導師.

2095-5456(2017)03-0229-04

U 443.3

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