基于梁格法的簡支梁橋荷載橫向分布實(shí)用計(jì)算方法

基于梁格法的簡支梁橋荷載橫向分布實(shí)用計(jì)算方法

梁式橋的t梁橋是一種廣泛使用的橋梁類型。根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，梁式橋主要分為鋼筋混凝土地下橋、鋼架橫截面板和預(yù)制混凝土橫截面橋。橫向聯(lián)接的橫向聯(lián)接是通過橫、橫向、橫向的連接實(shí)現(xiàn)的。其連接方式和施工質(zhì)量是影響安裝簡直橋結(jié)構(gòu)性能的重要原因。目前，常用的橫向聯(lián)接方式主要包括焊接板的連接、環(huán)的連接、橋面板的公司接口和直接插入。該橋的負(fù)荷橫向分布理論的計(jì)算方法主要包括桿原理法、位移壓力法、水平橋接收法和水平橋接收法，但每種方法都有相應(yīng)的假設(shè)和簡化，計(jì)算和分析都有一定的局限性。在文獻(xiàn)中，基于中張力測試結(jié)果，對安裝空心橋進(jìn)行了載荷試驗(yàn)，采用了基于中張力測試結(jié)果的順德擴(kuò)展撒布模式。在文獻(xiàn)中，建立了具有柔性的梁橋裝載試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，改變了t梁的橫向連接模式，并對不同的橫向連接方法對橫向荷載分布系數(shù)的影響。在文獻(xiàn)中，相關(guān)分析了橫向加載橫向分布系數(shù)的參考模型，提出了簡化的計(jì)算方法。對橋的橫向裝載橫向分布系數(shù)的影響進(jìn)行了分析。隨著有限元法的普及，在設(shè)計(jì)和科學(xué)研究中解決這些問題最重要的是采用梁法，以便簡單準(zhǔn)確地模擬各種橫向連接下的荷載橫向分布。在文獻(xiàn)中，梁格法采用了一種更簡單、更精確的方法，并以相對簡單的方式模擬了梁橋橫向段的橫向分布。在文獻(xiàn)中，梁格法采用了通用撒布模型，分析了虛擬橫截面的橫向流的變化規(guī)律，并對虛擬橫截面的橫向約束值進(jìn)行了介紹。在文獻(xiàn)中，基于梁格理論，建立了基于梁格理論的干空心板的空間梁格元算分析模型。在研究虛擬橫截面的橫向分布時，由于缺乏設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，船的橫向剛性隨著服務(wù)年限的延長而減小。該橋的計(jì)算和分析對于正確模擬橋梁橫向聯(lián)系的橫向聯(lián)系非常重要，但僅包括部分相鄰的橫向聯(lián)系。因此，本工作在應(yīng)用于安裝簡支箱的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，。1杠桿原理法和偏心壓力法則裝配式簡支T梁橋荷載橫向分布及變化規(guī)律與結(jié)構(gòu)的橫向連接剛度密切相關(guān),當(dāng)采用不同的連接形式時,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況擬定相應(yīng)的計(jì)算方法.目前簡化理論計(jì)算方法比較成熟,其中,杠桿原理法是將橫向結(jié)構(gòu)看成是各個主梁上斷開且梁端擱置在主梁上的簡支梁,適用于橫向聯(lián)系較薄弱的橋梁;偏心壓力法則是假定橫向聯(lián)系剛度極大,忽略了主梁抗扭剛度的影響;鉸接法顧名思義就是將各個主梁的橫向聯(lián)系視為只傳遞剪力不傳遞彎矩.然而,在用裝配式簡支梁橋的橫向聯(lián)系在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營過程不可避免地存在橫向彎矩傳遞效率降低、整體性能下降等情況,在實(shí)際工程計(jì)算分析中,無論采用哪種方法都無法正確模擬實(shí)際工程情況.因此,有必要對此類梁橋的橫向連接性能進(jìn)行研究,以掌握橫向連接性能對荷載橫向分布的影響.2荷載橫向分布的影響在用簡支T梁橋橫向連接通常采用剛性連接,為了掌握橫向聯(lián)結(jié)性能對荷載橫向分布的影響,采用基于梁格理論的有限元計(jì)算分析方法,基于不同的計(jì)算理論假定,改變橫向連接形式及調(diào)整虛擬橫梁截面特性值,使得計(jì)算結(jié)果逼近試驗(yàn)數(shù)據(jù),從而獲得荷載橫向分布的影響特征及變化規(guī)律.2.1試驗(yàn)橋的安設(shè)某簡支梁橋全長76m,橋?qū)?6m,跨徑組合為4×16m,上部結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土簡支T梁,單跨由13片T梁組成,每跨縱向設(shè)五道橫隔板,橫隔板高度1.0m,厚度0.16m.該橋橫截面見圖1.經(jīng)外觀檢查,結(jié)果表明,該橋技術(shù)狀況評定等級為B級.為了解和掌握該橋總體性能和荷載橫向分布情況,對其進(jìn)行了靜載試驗(yàn).采用3輛350kN重車加載,分為3個工況進(jìn)行了靜載試驗(yàn).變形測點(diǎn)布置在試驗(yàn)橋跨的支點(diǎn)、四分點(diǎn)、跨中位置等處,共設(shè)置7個撓度變形測點(diǎn),應(yīng)變測點(diǎn)布置在1#～6#T梁腹板底面,共9個應(yīng)變測點(diǎn).2.2分析模型建立采用MIDAS/Civil程序建立該橋1#～2#軸跨空間梁格有限元計(jì)算分析模型,共建立328個節(jié)點(diǎn)和583個梁單元,計(jì)算模型見圖2.縱梁截面按實(shí)際尺寸加上現(xiàn)澆層厚度6cm后計(jì)算;虛擬橫梁用“一”字型模擬,梁高取T梁翼緣高度,梁寬即橫梁間距,取1m.2.3試驗(yàn)結(jié)果對比分析在已建立該橋有限元模型基礎(chǔ)上,其橫向連接方式分別采用不同方式模擬,即T梁間橫向彎矩傳遞有效值取100%(相當(dāng)于剛接)、橫向彎矩傳遞有效值取0.01%(相當(dāng)于鉸接)、橫向彎矩傳遞有效值取50%(橫向彎矩傳遞值減弱),獲取該橋試驗(yàn)橋跨撓度測點(diǎn)、應(yīng)變測點(diǎn)計(jì)算值,并與相應(yīng)工況試驗(yàn)值進(jìn)行對比,對比結(jié)果見圖3、4.對比結(jié)果可知,3種不同橫向連接模擬方法撓度測點(diǎn)計(jì)算值與試驗(yàn)值的變化趨勢有一定差異.其中,橫向彎矩傳遞有效值取100%計(jì)算時顯然過于理想,不能反映在用橋梁在營運(yùn)過程中橫向彎矩傳遞有效值降低情況,橫向彎矩傳遞有效值取0.01%(相當(dāng)于鉸接)又與實(shí)際不符.因此,在用裝配式混凝土簡支梁橋在運(yùn)營過程中橫向彎矩傳遞隨著時間發(fā)展而降低,下文將對此類橋梁橫向彎矩傳遞有效值降低程度作進(jìn)一步研究.2.4虛擬橫向截面特性的影響采用梁格法建立裝配式簡支梁橋空間梁格有限元模型時,理想梁格應(yīng)該是這樣的,有限元模擬的每一梁格內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度與同一位置的實(shí)際結(jié)構(gòu)的彎曲剛度和抗扭剛度必須等效1,然而由于實(shí)際工程的復(fù)雜性,這種等效只能是近似的,而且計(jì)算時難以把握.因此,在計(jì)算分析時宜調(diào)整虛擬橫梁的截面特性,使得等效梁格彎曲剛度和抗扭剛度接近于實(shí)際結(jié)構(gòu).本文虛擬橫梁間距取1m,橫向彎矩傳遞有效值取100%,通過調(diào)整虛擬橫梁截面特性值Ixx、Iyy、Izz來調(diào)節(jié)虛擬橫梁剛度,使得等效梁格剛度與實(shí)際剛度接近,獲得撓度、應(yīng)變測點(diǎn)計(jì)算值和相應(yīng)試驗(yàn)值對比見圖5、6.其中圖中的1、10、30和60表示Ixx、Iyy、Izz的調(diào)整倍數(shù).分析結(jié)果可知,因?qū)崢蚬こ探Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及試驗(yàn)過程中不可避免的誤差,部分測點(diǎn)計(jì)算值與試驗(yàn)值離散較大.當(dāng)Ixx、Iyy、Izz調(diào)整至50倍時,計(jì)算撓度值、應(yīng)變值與試驗(yàn)值最小誤差分別為1.6%、0.6%,對比曲線變化趨勢基本一致.說明虛擬橫向截面特性Ixx、Iyy、Izz調(diào)整至50倍時計(jì)算模型橫向剛度與實(shí)際接近.2.5橫向彎矩傳遞能力橫向影響分析虛擬橫梁間距取1m,截面特性調(diào)整系數(shù)取50倍.通過調(diào)整T梁橫向彎矩傳遞有效值,得出撓度和應(yīng)變的計(jì)算值與相應(yīng)工況試驗(yàn)值對比見圖7、8.對比分析結(jié)果可知,當(dāng)計(jì)算模型橫向彎矩傳遞有效值取80%時,計(jì)算撓度值、應(yīng)變值與試驗(yàn)值最小誤差分別為1.6%、5.6%,對比曲線變化趨勢一致.說明本橋橫向彎矩傳遞能力隨著時間的發(fā)展呈降低趨勢.從以上分析可以得出,在用裝配簡支T梁橫向彎矩傳遞有效值隨著運(yùn)營時間的發(fā)展而降低,對荷載橫向分布有一定影響.在對同類梁橋進(jìn)行空間梁格有限元計(jì)算分析時,虛擬橫梁截面型式取“一”字型,梁高取縱梁翼緣高度、間距取1m(視計(jì)算跨徑適當(dāng)加大);縱梁橫向彎矩傳遞有效值宜取50%～80%、虛擬橫梁截面特性值Ixx、Iyy、Izz調(diào)整倍數(shù)宜取30～50倍之間.此時,計(jì)算模型荷載橫向分布與實(shí)際較符合.3有限元模型建立為了驗(yàn)證上述工程實(shí)例分析研究所得的結(jié)論的正確性、適應(yīng)性,采用同樣的計(jì)算分析方法和試驗(yàn)方法對另一座在用裝配式混凝土簡支T梁橋進(jìn)行分析.試驗(yàn)加載方法、撓度變形測點(diǎn)和應(yīng)變測點(diǎn)布置類似.該橋結(jié)構(gòu)形式為單跨混凝土簡支T梁橋,跨徑13.0m,橋?qū)?8.15m,雙向四車道.橫向布置為0.4m(防撞欄)+8.3m(行車道)+0.75m(防撞欄)+8.3m(行車道)+0.4m(防撞欄).混凝土標(biāo)號采用30號.利用MidasCivil建立該橋有限元計(jì)算分析模型,虛擬橫梁截面形式同上,橫梁間距仍取1m.各主梁間彎矩傳遞有效值取70%;虛擬橫梁截面Ixx、Iyy、Izz特性調(diào)整倍數(shù)取30.計(jì)算值與試驗(yàn)值對比見圖9、10.計(jì)算撓度值、應(yīng)變值與試驗(yàn)值最小誤差分別為7.0%、3.0%,對比曲線變化趨勢基本一致.可見本文結(jié)論對在用簡支T梁橋結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析有一定參考價值.4試驗(yàn)結(jié)果分析本文基于梁格理論建立在用簡支梁橋空間梁格有限元計(jì)算分析模型,結(jié)合工程實(shí)例,討論了縱梁間采用不同橫向連接方式模擬、橫向彎矩能力、虛擬橫梁間距及其截面特性值的取值對荷載橫向分布的影響,得出結(jié)論如下:(1)當(dāng)采用梁格法計(jì)算簡支梁橋時,由于等效梁格內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度與實(shí)際結(jié)構(gòu)只能是近似的.因此,計(jì)算分析時宜對虛擬橫梁的截面特性進(jìn)行調(diào)整.(2)主梁橫向聯(lián)系彎矩傳遞有效值對荷