梁格法在预制混凝土箱梁桥空间分析中的应用

侯娜

（西安市市政设施管理局桥梁监测中心，陕西 西安 710016）

梁格法在预制混凝土箱梁桥空间分析中的应用

侯娜

（西安市市政设施管理局桥梁监测中心，陕西 西安 710016）

简要阐述了预制混凝土箱梁桥计算模型的主要方法：考虑横向分布系数的单梁模型、等效梁格模型、实体模型。通过工程实例单梁模型和梁格模型的内力、应力对比分析，验证了梁格法在预制混凝土箱梁桥分析中的有效性和精确性，为相关工程提供借鉴经验。

箱梁桥；单梁；梁格；横向分布系数

0 引言

刚接梁桥结构的计算模型主要方法有：考虑横向分布系数的单梁模型、等效梁格模型、实体模型。单梁模型是通过引入荷载横向分布系数，将桥梁的空间受力状态转化为平面杆系受力状态，从而进行单梁模型的计算。该计算方法简便,且精度一般能满足计算要求，应用广泛。梁格法理论是将桥梁上部结构用等效的梁格来计算分析，计算结果能够体现结构的空间效应（与单梁模型相比），模型结果能直接输出结构内力，便于利用规范进行强度验算，常与单梁模型互为校核，与实体单元法相比具有构建结构单元简单、运算量小、效率高、计算精度高等优点。实体模型是对桥梁整个结构进行三维有限元离散,可求得桥梁全部的变形,但建模工作量大，费时较多，输出的应力结果不能直接用于强度计算，实际工程使用较少。

梁格法是分析桥梁上部结构比较实用有效的分析方法，概念清晰，易于操作，在桥梁结构分析中得到广泛应用。它的主要思路是将上部结构用一个等效梁格来模拟，将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[1]，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格构件内。分析梁格的受力状态得到桥梁的受力状态。理想状态是当实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时，两者的挠曲、弯矩、剪力、扭矩将是相等的。

1 工程实例

榆溪大桥为4×20m预应力混凝土箱梁，后张法部分预应力A类构件。桥梁交角90°。桥梁平面位于直线上，设计荷载：公路I级车道荷载，按三车道加载。桥面总宽度为12m，宽度组合为：0.5m（护栏）+11m（行车道）+0.5m（护栏）=12m。现对4×20m连续箱梁桥分别建立考虑横向分布系数的2号中梁模型和梁格法模型，将两者的计算结果进行比较，从而验证梁格法在刚接梁桥空间分析中的有效性。其标准横断面如图1所示。

图1 上部构造横断面图（单位：mm）

2 单梁模型的建立

该桥有现浇湿接头、梁端横隔板，基本结构是刚接受力，因此，汽车荷载横向分布系数按刚接板梁法计算。刚接板(梁)法适用特点是：当相邻的板梁之间可近似看成整体板的情况下可以采用刚接梁法计算荷载横向分布系数。这种方法在计算过程中不仅考虑了剪力在横桥向的传递，同时也考虑了弯矩在横桥向的传递。表1为2号中梁影响线数值表。

表1 2号中梁影响线数值表

由横向分布系数计算结果分析可知：2号中梁横向分布系数取0.606。桥的主梁单元采用MIDAS中的“BeamElement”梁单元来进行模拟。根据榆溪大桥结构的特点，中梁划分了80个单元。其中支点截面为1、20、40、60、80号单元，边跨跨中截面为10号和70号单元。中跨跨中截面为30号和50号单元。图2为2号中梁模型图。

图2 2号中梁模型图

3 梁格模型的建立

将小箱梁上部结构划分为纵向梁格和横向梁格，根据实际纵梁的中轴位置设置纵向梁格，程序自动计算截面尺寸及截面刚度。横向梁格通过实际横隔板和虚拟横梁模拟。实际横隔板按照实际结构位置建模，以得到真实的自重和刚度，其他位置建立相当于实际顶板刚度的虚拟横梁。虚拟横梁的截面为“一”字型截面，高度取翼缘板的厚度，长度取1.26m。虚拟横梁不计自重，可在截面特性值中调整。该模型共有纵梁4道，1米1个单元，共计320个单元，每米纵梁之间有虚拟横梁连接，共76道，228个单元。实际横隔板5道，15个单元。全桥梁格模型如图3所示。

图3 梁格模型图

4 两者模型结果的比较

为验证采用上述措施建立梁格模型的精度及实用性，将梁格模型结果与考虑横向分布系数的单梁模型计算结果进行比较，以验证梁格模型有效性。

现将2号中梁分别采用两种模型计算得到的承载能力极限状态（1.2恒荷载+1.4移动荷载+1.2钢束二次+1.0徐变二次+1.0收缩二次）与正常使用极限状态（1.0恒荷载+1.0钢束一次+1.0钢束二次+1.0徐变二次+1.0收缩二次+0.5555移动荷载）下计算结果相比较，如图4～图7所示。

图4 承载能力极限状态下弯矩包络图（单梁）

图5 承载能力极限状态下弯矩包络图（梁格）

图6 正常使用极限状态下最大组合轴向应力图（单梁）

图7 正常使用极限状态下最大组合轴向应力图（梁格）

通过上述模型的对比可知：承载能力状态下弯矩包络图和正常使用极限状态下应力图走向基本一致，最大相差4.2%，梁格模型正弯矩偏大，对应的压应力偏小。

5 结 语

从以上分析可以得出，梁格法是一种能较好模拟原结构空间受力状况的分析方法，不需要计算荷载横向分布系数，简单易行，分析的精度可以满足刚接小箱梁桥理论计算要求。本文采取保证简化梁格模型与原始模型等效的一些措施，实用、有效，为梁格法在预制混凝土箱梁桥的实际应用提供了参考。

[1]汉勃利.桥梁上部构造性能[M].北京：人民交通出版社,1982.

U441

：B

：1009-7716（2017）02-0098-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.029

2016-11-08

侯娜（1982-），女，河北唐山人，工程师，从事桥梁设计及检测工作。