闡述橋梁設(shè)計(jì)中梁格法的具體應(yīng)用

王新秋

摘要：文章首先闡述了梁格法的基本原理，而后簡(jiǎn)要概述了梁格劃分原則，并結(jié)合某橋梁工程案例，深入分析了網(wǎng)格劃分的原則，并詳細(xì)剖析了內(nèi)力組合、截面鋼筋設(shè)計(jì)與配置等方面，以期提高梁格法在同類橋梁工程中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)；梁格法；應(yīng)用

1.梁格法的基本原理

對(duì)于箱型斷面而言，其主要是由幾個(gè)頂板結(jié)合而成的工字?jǐn)嗝娼Y(jié)構(gòu)，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)或者是因?yàn)檐嚨澜徊娑坏貌贿x擇加載不規(guī)則形式時(shí)，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)結(jié)構(gòu)部分中的工字梁內(nèi)力存在差異性，為了可以更好的確定內(nèi)力參數(shù)，需在橋梁的各個(gè)縱向結(jié)構(gòu)中模擬工字梁，然后可以在結(jié)構(gòu)中加入橫向單元連接模擬工字梁的橫線，很多情況下為了保證該工作的順利進(jìn)行可以設(shè)置虛擬單元，以建立一個(gè)完善的平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

通過(guò)交叉系列的組合，能夠形成一個(gè)有效的受力系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)受力進(jìn)行全面的分析，該方法通常稱之為梁格法。在實(shí)踐階段，該方法的主要原理是通過(guò)等效梁格的方式代替橋梁的上部結(jié)構(gòu)，從而分析梁格受力以及了解橋梁的受力形式。梁格法建模之后可以準(zhǔn)確的體現(xiàn)出整體結(jié)構(gòu)的抗扭性。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以知道，虛擬橫向梁體數(shù)量、剛度和主梁連接，對(duì)所有的結(jié)果都存在影響作用。所以在利用梁格法的過(guò)程中，應(yīng)該采取有效的措施劃分梁格單元?jiǎng)澐郑⑶矣?jì)算結(jié)構(gòu)的截面與加載，并且合理的使用該結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.梁格劃分原則

明確基本計(jì)算原理之后需要?jiǎng)澐志W(wǎng)格，在該項(xiàng)工作開(kāi)展時(shí)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于對(duì)驅(qū)頂支座分布的結(jié)構(gòu)以及上部結(jié)構(gòu)的確定，當(dāng)相關(guān)的數(shù)據(jù)得到確定后，需要通過(guò)力學(xué)角度以及具體的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行劃分，一般情況下在梁格劃分時(shí)，需要做好以下原則：梁格網(wǎng)格應(yīng)該與設(shè)計(jì)受力線的位置是重合的，要與原型結(jié)構(gòu)的內(nèi)力是一致的，橫向與縱向都要符合要求，從而可以更好的提升荷載靜力的靈敏度，保證各個(gè)關(guān)鍵部分的形心軸與整體結(jié)構(gòu)的在同一位置上。

3.工程概況

某橋梁工程的標(biāo)準(zhǔn)段寬度尺寸設(shè)定為32m，該橋梁的軸線、河床中心線位置處于65°，該項(xiàng)目主要以八跨分二聯(lián)結(jié)構(gòu)為主，且尺寸設(shè)計(jì)為：（16m+20m×3）+（20m×3+16m），該河道兩側(cè)中的線路規(guī)劃和路幅都已經(jīng)明確，在兩側(cè)中橋兩端的一跨、八跨邊梁都布置在交叉口位置上。為了可以確保橋梁和道路連接更加的順暢，可以在兩側(cè)邊跨使用16m現(xiàn)澆異形結(jié)構(gòu)形式，其中，中間結(jié)構(gòu)的部分采用的是混凝土空心 結(jié)構(gòu)方式，高度設(shè)定采用0.95m，在實(shí)踐過(guò)程中，為了能夠切實(shí)提高工程質(zhì)量，在現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)時(shí)，其高度需控制在80cm，此外，該項(xiàng)目工程為了提高整體工程的穩(wěn)定性、質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用了梁格法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，且在空間計(jì)算時(shí)采用（midas/civil2006）軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)值計(jì)算。

4.網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分過(guò)程，首要工作需要進(jìn)行建模，而建模工作開(kāi)展必須要遵循以下原則：

1）梁格縱梁與原橋梁腹板結(jié)構(gòu)中心線腹板中心線重合，然后通過(guò)腹板剪力通過(guò)該位置中的梁格剪力來(lái)代替。

2）對(duì)截面進(jìn)行計(jì)算、確定，并且將獲取的截面參數(shù)作為單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)容，而其他的單元部分按照3m、4m的要求標(biāo)記相信的點(diǎn)，以使得最終檢測(cè)數(shù)據(jù)符合準(zhǔn)確性的要求。

3）為了能更加方便設(shè)置支座預(yù)偏心，可以在系統(tǒng)中明確一個(gè)虛擬中梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與實(shí)際邊總量直接組成一個(gè)單元結(jié)構(gòu)，按照支座偏移可以直接分成兩個(gè)單元，在新增加的節(jié)點(diǎn)位置上設(shè)置支座結(jié)構(gòu)，以更好的反映出具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后將實(shí)心板的支座兩側(cè)進(jìn)行16等分，連接各個(gè)等分點(diǎn)，此時(shí)可以將該實(shí)心板直接分成16個(gè)相等的結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)都含有一根梁，也就是梁格內(nèi)的縱梁；實(shí)心板自由等分之后連接各個(gè)點(diǎn)，就形成了橫梁結(jié)構(gòu)。

5）沖擊系數(shù)結(jié)構(gòu)基頻

沖擊系數(shù) μ=0.17 67×1n（4.957）-0.0157=0.267

4.1內(nèi)力組合

（1）效應(yīng)組合

在橋梁結(jié)構(gòu)中的承載性能極限狀態(tài)計(jì)算的過(guò)程中，此時(shí)可以通過(guò)基本組合與偶然組合的形式，本次設(shè)計(jì)并未考慮柔然組著的影響，所以只利用基本組合進(jìn)行計(jì)算。（2）正常使用下極限效應(yīng)組合形式。依據(jù)橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)文件中的作用短期效應(yīng)組合與長(zhǎng)期效應(yīng)組合，經(jīng)過(guò)計(jì)算之后可以確認(rèn)，短期的最大彎矩需要>949kN·m，而長(zhǎng)期效應(yīng)彎矩則等于904kN·m。

4.2截面鋼筋設(shè)計(jì)與配置

4.2.1配筋設(shè)計(jì)

以矩形截面的形式布置縱向鋼筋。因?yàn)楦鱾€(gè)結(jié)構(gòu)部分中截面尺寸基本相同，本次計(jì)算中以彎矩最大截面中鋼筋布置為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行估算，其他梁體結(jié)構(gòu)都按照該截面進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算，符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4.2.2鋼筋布置（1）跨中縱向鋼筋，在設(shè)置鋼筋時(shí)，要結(jié)合上述計(jì)算的參數(shù)進(jìn)行合理布置，此時(shí)確定每束鋼筋的設(shè)置間隔距離設(shè)定為10cm。在本項(xiàng)目中，鋼筋布置主要是在16號(hào)梁跨中截面，同時(shí)，按照設(shè)計(jì)的要求，鋼筋的數(shù)量確定為30根。（2）附加鋼筋，鈍角位置上為了更好的抵抗結(jié)構(gòu)扭矩，在該方向上的二等分垂直方向上設(shè)置加強(qiáng)筋，通過(guò)下述經(jīng)驗(yàn)公式確定鋼筋面積：Agf=k×Ag=0.8×9852mm2。在具體設(shè)置中，每束鋼筋的間隔距離設(shè)定為10cm，同時(shí)在每米寬的位置上附加鋼筋面積為9818mm2，與經(jīng)驗(yàn)結(jié)果基本相同。鈍角底部位置上所承載的支承反力比較大，此時(shí)需要在鈍角二等分方向上增加鋼筋，間隔距離為10cm鋼筋為Φ12mm。

4.2.3結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算

（1）正截面承載力驗(yàn)算。通過(guò)實(shí)踐可知，梁體結(jié)構(gòu)鋼筋的數(shù)量均一致，因此，在對(duì)正截面承載力驗(yàn)算時(shí)，需要選擇跨中彎矩最大的鋼筋進(jìn)行計(jì)算，其他部位的鋼筋則忽略不計(jì)，在驗(yàn)算時(shí)需要按照以下配筋率的公式進(jìn)行：配筋率ρ=100×16 011/（1225×726）=1.8≥45ftd/fsd=0.27。（2）斜截面承載力驗(yàn)算。在對(duì)承載力限效應(yīng)組合結(jié)果分析后，可知，最大剪力值出現(xiàn)在第16梁的右側(cè)，為674kN。依據(jù)設(shè)計(jì)要求，由Vn-Sect=0.51×10-3×b×h0=2367kNγ0×Vd=674kN≤kN 由此可知，抗剪截面的驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)以滿足設(shè)計(jì)要求。而依據(jù)規(guī)范

Vn-Load=0.50×10-3×a2×ftd×b×h0=756.9kN

γ0×Vd=674kN<756.9kN。在抗剪力驗(yàn)算上可以忽略對(duì)其的驗(yàn)算。

4.2.4持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

（1）裂縫寬度驗(yàn)算

在裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，通過(guò)對(duì)短期組合的計(jì)算結(jié)果分析可知，長(zhǎng)效組合的計(jì)算方式與裂縫寬度驗(yàn)算的方式基本一致，其基本相同，因?yàn)榱?截面短期效應(yīng)組合值為949kN·m，比較大，所以此時(shí)只進(jìn)行該梁裂縫寬度數(shù)據(jù)的驗(yàn)算。在梁1底板結(jié)構(gòu)中配置有26 根 Φ28mm鋼筋，總截面積為16 011mm2。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求σss=Ms/（0.87×As×h0）=93.9MPa

ρ=As/（b×h0+（bf-b）×hf）=0.016682

W f k = C 1×C 2×C 3×σs s / E s×（（3 0 + d）/（0.28+10×ρ））=0.124mm<0.2mm。驗(yàn)算結(jié)果可知，裂縫寬度均滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）撓度驗(yàn)算

通過(guò)綜合數(shù)分析，在整體作用下最大撓度出現(xiàn)在16梁的跨中8.5mm。依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，則長(zhǎng)期撓度值為：

F L = 1 . 4 5×8 . 5 = 1 2 . 3 m m，獲取結(jié)果相比于16000/1600=10mm取值范圍要大，故而，在設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略拱度預(yù)設(shè)，使其能夠?qū)⒆灾販p輕。而通過(guò)FLQ=12.3-8.5=3.8<16000/1600=26.7mm驗(yàn)算結(jié)果可知，獲取擾度數(shù)值滿足規(guī)范要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

從上述計(jì)算分析可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用梁格法驗(yàn)算簡(jiǎn)單實(shí)用，最終數(shù)據(jù)也非常準(zhǔn)確，但是應(yīng)該要注意使用該方法時(shí)，對(duì)于截面變動(dòng)過(guò)大以及一些存在較大安全隱患的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具體分析，避免造成事故的發(fā)生。

【參考文獻(xiàn)】

[1]邵樣林.梁格法建模在寬箱梁橋靜載試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2017（08）：262-265+27.

[2]崔巍.基于梁格法在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2012，39（07）：24-25+79.