斜交小箱梁梁格法虚拟横梁刚度取值研究

斜交小箱梁梁格法虚拟横梁刚度取值研究

王玥1

(1.重庆交通大学土木工程学院，重庆400041)

摘要：介绍梁格法对多箱室斜交桥结构分析的原理和方法，提出一种以虚拟横梁厚度模拟刚度的方法，并以一跨40m简支小箱梁桥为例，通过与实体模型计算结果对比，获取了最优的虚拟横梁厚度取值。

关键词：梁格法；斜交桥；虚拟横梁

与直桥相比，斜交桥受力更加复杂。本文根据斜交小箱梁桥的构造，提出通过对虚拟横梁进行厚度调整的方法，在数值分析中用一个等厚度的虚拟横梁近似模拟箱梁的横梁刚度。

1基本理论

1.1梁格等效原则

梁格法的中心思想是将上部结构分散在箱梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内，结构的纵向刚度和横向刚度分别分布在纵、横向网格中。

模拟原则：当原结构与模拟结构承受相同的竖向荷载作用时，其变形挠度越接近，模拟结构越接近于真实结构[2]。

1.2斜交梁格划分原则

斜交梁格进行梁格划分时，需要综合斜交桥的受力特性进行考虑，斜交角较小时，可用斜交梁格；斜交角较大时，梁格划分应采用正交梁格。横向梁格间距，可参考正交桥划分原则。

2斜交桥受力特性分析

2.1实例概述

某桥桥宽26.75m，为3×40m预应力简支变连续小箱梁结构，斜交角为10°。梁高2.02m；顶板厚20cm，底板厚18cm~32cm，腹板厚20cm~32cm，设计荷载等级城―A级。

本桥平面布置图详见图1。

图1桥型布置平面图（单位：cm）

2.2梁格计算模型分析

2.2.1梁格模型建立

该桥三跨等长，任意选取其中一跨简支梁进行分析，梁格划分时采用斜交梁格。纵向梁格的划分按箱室断开。按照上述梁格划分后，其横向在两端及跨中各设一道横隔梁。梁格法有限元模型如图2所示，结合虚拟横梁布置需要，虚拟横梁按间距1m平均划分为40个单元。

图2梁格有限元模型

为了获取虚拟横梁的厚度，采用midasfea建立了一实体模型如图3所示。

图3FEA结构模型

2.2.2计算结果与分析

为获取精确位移场，分别计算了两种工况：1）中梁跨中集中荷载；2）中梁L/4集中荷载。集中荷载1000kN，虚拟横梁厚度区间取100mm-500mm，按100mm递增进行试算。取区间200mm-300mm，减小递增幅度，提取跨中和L/4截面的竖向位移值见表1。

表1各工况下梁段竖向位移

通过表1，可以直观地看到，不同横梁高度的计算结果都比较接近，L/4截面各厚度偏差差异较大。200mm和230mm的中梁位移和边梁位移偏差较大，250mm和280mm的边梁位移偏差较大，均超过了5%，已不再适用。300mm的横梁厚度，中梁的位移偏差非常小，边梁偏差在工程允许范围内，能够较好地模拟实际结构的刚度。

3结论

本文提出一种通过调整虚拟横梁的厚度进行斜交小箱梁计算分析的方法，运用有限元分析软件对一座40m的简支小箱梁进行了分析，按照上述方法计算虚拟横梁厚度之后，刚度场与实体模型基本吻合，精度满足要求。

参考文献

[1]杨虎根，陈琼．梁格法在斜交式空心板桥结构分析中的实现［J］.公路交通技术,2008(4):50－53．

[2]EC汉勃利.桥梁上部构造性能[M].郭文辉,译.北京:人民交通出版社,1982．