盖梁计算模型探讨

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-825 . [ 10] 国家发展和改革委员会环境和资源综合利用司 .中国 绿色照明
发展报告[ M] .北京 :中国电力出版社 , 2005 .
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表 3 内力计算值汇总
模 型 传统计算模型
弯矩/ kN · m Mmax(跨中) Mmin(支点)
2 461
-3 482
剪力/ kN Qmax(支点) Qmin (支点)
工程设计 GO N GC H E N G S H E J I
图 1 桥墩一般构造图
2 .1 传统计算模型 本文采用以传统盖梁计算方法为基础的电算软
件建立的计算模型称为传统计算模型 。 目前 , 国内多 采用桥梁通软件进行建模计算 , 其计算原理与传统盖 梁计算方法基本一致 。对于普通钢筋混凝土盖梁可 直接采用桥梁通软件进行盖梁内力计算及构件验算 , 预应力混凝土盖梁可借助桥梁通软件获取盖梁上支 座反力 , 并利用有限元软件进行受力分析[ 4] 。 本文对 实例中盖梁进行计算 :首先判断按何种计算图式建立 模型 , 由表 1 所列可知盖梁与立柱线刚度比为 3 .32 , 小于 5 , 故应按双悬臂刚架计算图式计算 。
2 盖梁的计算模型
某高速公路互通主线上跨匝道桥 , 3 ×25 m 简支 变连续小箱梁 , 左幅 桥宽 16 .75 m 上部为 5 片梁布 置 , 右幅桥宽 12 .75 m 上部为 4 片梁布置 , 设计荷载 为公路 Ⅰ级 , 重要性系数 r0 =1 。 取 1#墩右幅盖梁为 例 , 混凝土强度等级 C30 , 柱为圆形截面直径 1 .3 m , 柱高 8 .2 m , 盖梁尺寸如图 1 所示(单位为 cm)。
业 , 2008(5):107 -109 . [ 8] 杨晓 光 , 吕 晓峰 .隧道 LED 亮 度智 能无 级 控制 系 统节 能分 析
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1 盖梁计算理论
1 .1 盖梁计算内容 (1)作用计算 。荷载作用包括永久作用 、可变作
用 、施工吊装荷载以及桥墩沿纵向的水平力 。 应当注 意的是 , 在计算可变作用时汽车荷载的轮重不是直接 作用在盖梁上 , 而是通过设在盖梁上固定位置处的支 座来传递活载反力 。 因此 , 首先应根据规定的设计荷 载 , 分别按其在盖梁上可能产生的最不利情况 , 求出 支点的最大作用 。另外 , 当活载对称布置时按杠杆法 计算 , 当活载非对称布置时按刚性横梁法计算[ 1] 。
4 结束语
(1)使用传统计算模型计算盖梁时因先确定其 线刚度比 , 以判断采用何种计算图式进行计算 。平面 简化模型及全桥空间模型由于采用有限元方法可直 接建立 模型计算 , 不 必利用线 刚度比确定 计算 图式[ 7] 。
(2)盖梁在支撑处的负弯矩 , 理论上会呈现尖形 的突变 , 而实际支撑处具有一定的支撑宽度 , 并不是 一个点支撑 , 真实的弯矩图应呈圆滑的曲线型 。文献
盖梁是桥梁结构中重要的受力部件 , 起着连接上 下部结构的重要作用 , 它一方面承受着上部构造的恒 载以及主梁传递给它的活载效应 , 另一方面将这些荷 载传递给桥墩和基础 。由于桥梁的跨径 、桥宽 、斜度 、 桥墩间距 、荷载标准 、布载方式的不同 , 盖梁的配筋很 难套用标准图和通用 图 , 需建 模进行内力计算 。 因 此 , 盖梁计算模型的建立 , 在整个盖梁计算过程中很 重要 。盖梁的计算要点就是如何建立准确而且简化 的计算模型 。
[ 2] 规定 , 计算连续梁中间支撑处的负弯矩时 , 可考虑 支座宽度对弯矩折减的影响 , 折减后弯矩不得小于未 经折减的弯矩的 0 .9 倍 。 对于普通钢筋混凝土双柱 式桥墩盖梁取 0 .85 均能满足工程需要 , 但是当遇到 柱直径较 小或 盖梁高 度不高 等特殊 情况时 应谨 慎 计算[ 8] 。
P3 1 273
P4 1 327
使用桥梁通 7 .78 建立传统计算模型如图 2 所示 (计算结果见表 3)。
车荷载 , 利用桥梁博士的 横向加载功能进行分析计 算[ 5] 。本文使用 桥梁博 士 3 .0 对 实例 进行建 模计 算 , 模型如图 3 所示 。 上部结构 恒载按支座实际作 用位置及大小以集中力形式加在相应节点 位置 , 盖 梁自重由程序自行计入考虑, 活载使用横向加载 (计算结果见表3)。
盖梁在构造上由于柱的钢筋伸入到盖梁内 , 与盖 梁钢筋绑扎成整体 , 并且柱与盖梁是整体现浇的 , 其 相互间是刚性连接 , 因此盖梁不是理想的简支结构 。 只有当柱的高度较大 , 导致柱的线刚度较低时 , 才接 近简支结构 。文献[ 2] 规定 :墩台盖梁与柱应按刚构 计算 。 当盖梁与柱的线刚度(E I/ L)之比大于 5 时 , 为简化计算可以忽略节点不均衡弯矩的分配及传递 , 双柱式墩台盖梁可按简支梁或悬臂梁进行计算和配 筋 , 多柱式墩台盖梁可按连续梁计算 。故目前盖梁的 计算图式主要有双悬臂简支梁(连续梁)计算图式和 双悬臂刚架结构计算图式[ 3] 。
(下转第 79 页)
《工程与建设》 2011 年第 25 卷第 1 期 51
建筑节能 胡 可 , 等 :隧道 L ED 照明节能技术在高速公路中的应用研究 J I A N Z H U J I E N E NBaidu Nhomakorabea
业和多专业的合作 、系统设计与产品生产的对应 、相 关标准的统一以及相应规范的完善[ 9-10] 。
(3)截面配筋计算 。 钢筋混凝土盖梁其配筋验
算方法与钢筋混凝土梁配筋相同 , 即根据弯矩包络图 配置受弯钢筋 , 根据剪力包络图 配置弯起钢筋 和箍 筋 , 并应计算截面扭矩所需要的纵向钢筋和箍筋 。 当 采用预应力混凝土盖梁时 , 其预应力钢筋与普通钢筋 的配置与预应力混凝土梁式构件相类似[ 1] 。 1 .2 盖梁计算图式
2 .2 平面简化模型 模型中 , 采用平面梁单元有限元法, 每个单元
有 i 、j 两个节点 , 每一节点有 u 、v 、θ3 个自由度 。 对 于一般平面 梁单元 , 每一 节点 有 3 个 自由度 , 其 单 元刚度矩阵为 6 ×6 的方阵 。 本模型常采用通用 有 限元软件桥 梁博士 建模计 算 , 其计算 原理为 :提 取 纵桥向车道荷载作用下的支座反 力 , 将其等效为 汽
2 835
-2 835
平面简化模型
3 050
-3 009
2 895
-2 890
全桥空间模型
2 549
-2 996
2 698
-2 689
由表 3 数据可以看出 , 平面简化模型跨中弯矩明 显偏大 , 其原因为工程实例中上部为四片梁布置 , 跨 中并不直接受力 , 而在桥博特种活载计算中 , 活载直 接作用于盖梁任意部位 , 包括跨中截面 , 这与结构实 际受力状态不符 。 而传统计算模型的支点弯矩偏大 是因为其对盖梁进行分析时 , 将盖梁支撑处简化为点 支撑 , 但实际上支撑处具有一定的支撑宽度 , 并不是 点支撑 , 这会造成支点处弯矩值偏大 , 使得配筋过于 保守 。因此 , 本文应对支点弯矩做削峰处理 , 将弯矩 值 -3 482 kN · m ×0 .85 的 削 峰 值 得到 弯 矩 值 -2 959 .7 kN · m , 这样误差就在合理范围之内 。 从 小剪力计算结果可以看出 , 传统及平面模型计算值比 空间模型计算值要大 , 但在工程中此差值是可以接受 的 , 并且偏于安全 。
使用 Midas Civil7 .80 建立全桥空间模型如图 4 所示 。 模拟桥面板之间纵向湿接缝时 , 应使用“释放 梁端部约束”功能在虚拟横梁之间设置铰接 。 即将两 根纵梁之间的虚拟横梁在湿接缝处分割为两个单元 , 然后定义其中一个单元的湿接缝处节点为铰接即可 (计算结果见表 3)。
图 2 桥梁通传统计算模型
〔参考文献〕
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(3)使用平面简化 模型计算 时 , 对 于双柱式 盖 梁 , 当上部为奇数片梁时 , 比较接近真实受力状态 , 无 需对跨中弯矩值进行折减 , 而为偶数片梁时 , 跨中弯 矩计算值可进行适当折减 。
图 4 M idas 全桥空间模型
3 计算结果对比与分析
在实际的盖梁计算中 , 同一柱式墩盖梁按不同模 型计算其结果也有一定程度的差别 , 这对于结构受力 的把握以及配筋的计算较为不利 。 因此 , 有必要对上 述各计算模型的计算结果进行对比与分析 , 以利于更 好的掌握柱式墩盖梁的受力特征 。 通过以上计算 , 内 力计算值汇总结果 , 见表 3 所列 。
本文结合工程实例对 3 种盖梁模型做简要介绍 , 并对盖梁分别建模计算 。
收稿日期 :2010-11-20 ;修改日期 :2010-12-02 作者简介 :杨树萍(1969 -), 女 , 安徽合肥人 , 合肥工业大学副教授 .
50 《工程与建设》 2011 年第 25 卷第 1 期
杨树萍 , 等 :关于盖梁计算模型的探讨
工程设计 GO N G CH E N G S H E J I
杨树萍 , 等 :关于盖梁计算模型的探讨
关于盖梁计算模型的探讨
杨树萍1 , 纪秋吉1 , 朱 东2
(1 .合肥工业大学 土 木与水利工程学院 , 安徽 合肥 230009;2 .中铁 二十四局集团 安徽工程有限公司 , 安徽 合肥 230011)
表 1 线刚度计算表
盖梁线刚度
立柱线刚度
盖梁与立柱线刚度比
1 701 .49
512 .92
3 .32
将上部结构 、附属设施及考虑荷载横向分布后的 汽车作用等按文献[ 2] 规范进行组合 , 得到最不利的 数值见表 2 所列 。
表 2 盖梁上部荷载作用值
荷载 作用值/ kN
P1 1 327
P2 1 273
摘 要 :盖梁因其结构的特殊性 , 其受力情况较为复杂 。 盖梁的内力计算 , 常使用计 算机建立模 型来模拟 真实受力 状态进行 分析 计算 。 主要模型有传统计算模型 、平面简化模型和全桥空间模型 , 该文简要介绍了 3 种模型的 计算原理 及理论 , 结 合工程实 例对 盖梁内力进行计算 , 并对计算结果做了一些对比和分析 。 关键词 :盖梁;计算模型 ;内力分析 中图分类号:U 443 .2 文献标识码 :A 文章编号 :1673-5781(2011)01-0050-03
图 3 桥博平面简化模型
2 .3 全桥空间模型 本模型通过空间有限元方法将上部结构及盖梁
全部建出 , 按车道横向布载 , 通过较符合实际结构的 模型进行盖梁受力分析 , 本文使用梁格法采用通用有 限元软件 Midas 建立空间模型 。 梁格法的主要原理 是将上部结构用一个等效梁格来模拟 , 将分散在板或 梁的每一区段内的抗弯刚度和抗扭刚度集中与临近 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 , 而横向刚度集中于横向梁格构件内[ 6] 。
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(2)作用效应计算 。通常情况下 , 柱式墩盖梁计 算时的控制截面选取支点与跨中截面 。在计算支点 负弯矩时 , 采用永久作用和非对称布置可变作用的反 力 ;在计算跨中正弯矩时 , 采用永久作用和对称布置 可变作用的反力 。 桥墩沿纵向的水平力以及荷载的 偏心对盖梁将产生扭转 , 计算时应予以计入 。
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