單箱多室箱梁?jiǎn)瘟骸⒄勖媪焊?、與實(shí)體仿真對(duì)比分析

摘要：本文以單跨33m門式剛構(gòu)橋?yàn)楣こ虒?shí)例進(jìn)行對(duì)比分析，分別建立七自由度單梁模型、折面梁格模型，實(shí)體仿真模型，對(duì)比分析各種計(jì)算模型之間的計(jì)算的差異，旨在找出最符合工程實(shí)際需求的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗涠嗍?、單梁、折面梁格、?shí)體仿真

1引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)化穩(wěn)步推進(jìn)，城市規(guī)模也越來越大，為滿足城市道路交通需求，橋梁橫向?qū)挾纫苍诓粩嘣黾印Ｄ壳拔覈?guó)在建造較寬的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁時(shí)多采用大懸臂單箱多室截面的形式。這種截面具有腹板間距大、橫向翼緣寬、箱壁薄等特點(diǎn)，采用單梁模型分析時(shí)已難以滿足工程設(shè)計(jì)的需求，但由于單箱多室截面的復(fù)雜性，以及荷載的多樣性，實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中往往很少直接采用實(shí)體單元進(jìn)行空間分析，而是將橋梁轉(zhuǎn)化為平面桿系，采用折面梁格法進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的分析，把復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)問題轉(zhuǎn)化為平面桿系問題。但是轉(zhuǎn)化之后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)受力是否存在一定的失真現(xiàn)象，需要我們進(jìn)一步的分析探討。

2工程概況

本次橋梁項(xiàng)目位于浙江省杭州市瑞銀街，上跨安橋港，橋梁全長(zhǎng)33m，凈跨徑為28m。上部結(jié)構(gòu)采用等寬變高現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨中高度為100cm，支點(diǎn)高度為150cm，支點(diǎn)與跨中采用圓弧過渡;橋梁平面位于曲線上，曲線半徑R=350m;縱斷面位于R=1000m的豎曲線上，橋梁橫向布置為：2m（人行道）+8m（機(jī)非混行車道）+2m（人行道）=12m，橋臺(tái)采用座板臺(tái)，樁基接承臺(tái)基礎(chǔ)，橋臺(tái)頂部與上部結(jié)構(gòu)固結(jié)。

上部結(jié)構(gòu)截面形式為單箱三室截面。箱梁頂板全寬為12m，底板全寬為10m，懸臂長(zhǎng)100cm，邊腹板采用直腹板，寬度由50cm漸變至80cm，中腹板寬度由45cm漸變至75cm，頂板厚度采用25cm，底板厚度采用22cm，端橫梁厚度為2.5m，跨中設(shè)置2m合攏段?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束均布置在腹板處，單個(gè)腹板布置6道;箱梁跨中斷面布置詳見圖一。

3 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析

3.1計(jì)算方法

工程中常用的計(jì)算方法有單梁模型、梁格模型、實(shí)體仿真分析模型。其中七自由度梁?jiǎn)卧Ｐ蛦卧x散數(shù)量少，分析快速，是工程中常用的計(jì)算方法，但是這類模型只有在橋梁跨寬比較大時(shí)計(jì)算結(jié)果才較為精確，同時(shí)單梁模型無法考慮結(jié)構(gòu)的橫向變形及結(jié)構(gòu)不同支座的反力分配。

折面梁格法甲利用垂直于截面主軸方向的切割線將箱型截面進(jìn)行劃分，將劃分后的不同截面的形心相連形成格構(gòu)式模型。區(qū)別于Hambly的平面梁格，這-方法不要求劃分后的每根縱梁必須包含腹板，同時(shí)同一截面的節(jié)點(diǎn)并不位于同一高度，故被稱為折面梁格法。折面梁格可以較準(zhǔn)確的計(jì)算構(gòu)件縱、橫向的正應(yīng)力與豎向位移。

利用實(shí)體單元模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)，可以分析任意截面形狀以及結(jié)構(gòu)形式。優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算精度高，缺點(diǎn)是對(duì)網(wǎng)格劃分要求較高，計(jì)算規(guī)模大，計(jì)算結(jié)果所得的整體效應(yīng)以及局部效應(yīng)疊加在一起反映在計(jì)算結(jié)果中，無法單獨(dú)考慮整體效應(yīng)，在設(shè)計(jì)時(shí)只能起指導(dǎo)作用。

針對(duì)本項(xiàng)目，本次設(shè)計(jì)分別采用MIDAS civil軟件分別建立七自由度梁?jiǎn)卧Ｐ?，折面梁格模型，采用FEA建立實(shí)體仿真分析模型。

3.2基本計(jì)算參數(shù)

（1）混凝土：C50

（2）支座不均勻沉降△=5 mm;

（3）豎向梯度溫度效應(yīng)考慮瀝青鋪裝層對(duì)梯度溫度的影響，按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定取值;

（4）年平均相對(duì)濕度70% ;

（5）橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

4計(jì)算結(jié)果對(duì)比

實(shí)體單元計(jì)算較為精確，能夠反映單箱多室箱梁截面真實(shí)應(yīng)力分布狀態(tài)，可作為理論值參考。通過折面梁格法、桿系有限元與實(shí)體有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比，分析單箱多室結(jié)構(gòu)的截面正應(yīng)力分布規(guī)律，并驗(yàn)證折面梁格計(jì)算結(jié)果的精度。本次對(duì)比分別提取跨中截面在恒載作用下的應(yīng)力對(duì)比，應(yīng)力點(diǎn)布置如圖三。

由上表可知，折面梁格與實(shí)體仿真分析的計(jì)算結(jié)果基本重合，基本可以滿足實(shí)際工程的計(jì)算精度要求。

5、結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目分別建立了七自由度梁?jiǎn)卧Ｐ汀⒄勖媪焊衲Ｐ图叭S實(shí)體仿真分析模型，分析寬箱截面上下緣應(yīng)力分布，通過對(duì)比三種模型計(jì)算出來的結(jié)果可知： .

（1）單箱多室寬箱梁結(jié)構(gòu)在橫斷面上正應(yīng)力分布具有明顯不均勻性，剪力滯效應(yīng)明顯。

（2）采用折面梁格法計(jì)算可以得到與三維實(shí)體有限元分析較為吻合的結(jié)果，能夠較為準(zhǔn)確的模擬寬箱結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，是一種較為可靠、實(shí)用的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，可供設(shè)計(jì)人員參考使用。

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作者簡(jiǎn)介：李恒（1995—），男，漢族，浙江杭州，橋梁設(shè)計(jì)人員，本科，杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計(jì)院股份有限公司，橋梁結(jié)構(gòu)分析