宽箱梁的数值计算分析

宽箱梁的数值计算分析

摘要：本文以某多箱室连续梁桥为例，讨论了宽箱梁的计算方法，并通有限元计算软件对比分析不同计算方法对宽箱梁计算结果的影响。以该桥的分析计算分析结果为例，从而为宽箱梁的计算提供可靠的计算依据。

关键词: 宽箱梁；单梁法；刚性横梁法；梁格法；数值分析

abstract: taking a more box chamber continuous girder bridge as an example, discusses the calculation method of wide box girder, and through a comparative analysis of the finite element calculation software of different calculation methods for wide box girder of the calculated results influence. with the analysis of the calculation results of the bridge as an example, the calculation of wide box girder so as to provide reliable calculation basis.

keywords: wide box girder, single-beam method; rigid beam method; grillage method; numerical analysis

中图分类号：g613.4文献标识码：a文章编号：

1.前言

近年来，为适应交通功能现代化的需求，我国高速、高等级公路与城市立交工程建设迅猛发展；并随着桥梁建设材料性能与施工工艺水平的不断进步，为了缓解城市交通的压力，桥梁道路不断地拓宽。这就使得桥梁建设不得不跟着道路不断拓宽。对于城市道路，

由于美观的要求，桥梁形式一般以箱梁为主，箱梁主要的结构优点是：截面抗弯、抗扭刚度大，结构在施工和使用过程中都具有良好的稳定性，并能很好适应管线等公共设施的布置。但是在路面结构较宽的情况下，混凝土预应力箱梁的计算分析采用那种方法更可靠，这就需要计算分析。

2.数值分析方法

宽箱梁的计算方法主要有单梁法，刚性横梁法，梁格法。

2.1单梁法

单梁法优点：建模简单方便，快速，提高设计工作效率。

单梁法缺点：单梁不能反映各腹板的受力差异, 也得不到横梁内力。对于宽跨比比较大的桥梁结构，或者角度比较大的斜桥、曲线桥、异型桥、应该采用梁格法去计算。如果在这种情况下仍采用单梁模拟，就会导致计算结果失真，与实际不符。

2.2刚性横梁法

刚性横梁法是梁格法中一个特例，即把桥梁视作由主梁和横梁组成的梁格系，荷载通过横梁由一片主梁传到其他主梁上去，同时主梁又对横梁起弹性支承作用。通常把横梁作为支承在各片主梁上的连续刚体计算横向分布系数的方法称为刚性横梁法也叫偏心受压法。刚性横梁法是工程设计中较常用的一种计算荷载横向分布系数的方法，计算比较简单。但是由于假定横梁的刚度无限大，不考虑主梁的抗扭刚度，这就计算结果偏大。

2.3梁格法

梁格法建模的关键在于采用合理的梁格划分方式和正确的等效梁格刚度。用等效梁格代替桥梁上部结构，将分散在板、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，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内。理想的刚度等效原则是：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时，两者的挠曲将是恒等的，并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。由于实际结构和梁格体系在结构特性上的差异，这种等效只是近似的，但对于一般的设计，梁格法的计算精度是足够的。梁格法作为桥梁空间分析的一种简化方法，虽然较比板壳、实体有限元方法建模简单、求解方便，但是前期的截面特性计算量大。

3.数值计算分析

为了分析宽箱梁连续梁桥的受力情况，以某桥为4×20米（桥宽19.845米）的预应力混凝土连续箱梁为例，用桥梁计算软件midas 进行计算分析（如图1）。

跨中断面

支点断面

针对该预应力混凝土连续箱梁，用不同的计算方法，来分析上部结构受力。计算中分别分析连续箱梁的内力和应力。建模的过程中不同模型的边界条件及二期恒载都采用相同的取值。温度荷载及温度梯度恒载工况都按照规范规定取值。

3.1单梁法计算结果

图2 弯矩图

上图为单梁法计算连续箱梁的在恒载下弯矩图，应力为荷载组合下的最大主拉应力，结算结果汇总到下表：

表1 单梁法计算结果

3.2刚性横梁法计算结果

图3 弯矩图

上图为单梁法计算连续箱梁的在恒载下弯矩图，应力为荷载组合下的最大主拉应力，结算结果汇总到下表：

表2刚性横梁法计算结果

3.3梁格法计算结果

图4 弯矩图

上图为单梁法计算连续箱梁的在恒载下弯矩图，应力为荷载组合下的最大主拉应力，结算结果汇总到下表：

表3梁格法计算结果

3.4结果对比分析

考虑恒载的情况：不管是单梁法、刚性横梁法、梁格法，内力而言，三种模型计算结果弯矩结果相差不大（刚性横梁法结果比单梁法大了4.69%，梁格法比单梁法大了3.42%）。而在车辆荷载的情况下：内力计算结果刚性横梁法比梁格法和单梁法的内力略大。（刚性横梁法结果比单梁法大了4%，梁格法比单梁法大了1.4%）。而造成活载下刚性横梁法计算结果偏大的原因主要是刚性横梁法计算活载时，采用横向分布系数的计算方法，对结果产生了影响。

应力而言，主要看荷载组合下的主拉应力及混凝土的最大压应力在提取内力值时，对于主拉应力而言：单梁法、梁格法、刚性横梁法的主拉应力分别为0.92mpa，1.07mpa，1.17 mpa。混凝土最大压应力分别为10.888 mpa，11.2 mpa，12.2 mpa。总的来说，对于应力，单梁法小于梁格法和刚性横梁法。主拉应力单梁法比梁格法小了16.3%，比刚性横梁法小了27%。主要原因是单梁不能正确考虑各片梁实际受力的差异，而梁格能计算体现了弯矩在各个腹板位置的不均匀性，能体现多箱室，各个腹板的应力情况，按照梁格计算的结果对各纵梁进行纵向抗弯的承载能力计算和配筋。而刚性横梁法是梁格法的一个特例，计算时按更不利来考虑。

4.结论

从上面的计算结果可以得出：对多箱室的宽桥计算来说，不管是单梁法、刚性横梁法、梁格法来计算：恒载下内力的差距不是很大（相差都在5%以内），而对于应力来说，单梁法算出的最大应力明显小于其他两种方法（相差在15%以上）。对内力而言，三种计算