梁格法在桥梁上部结构分析中的应用.doc

梁格法在桥梁上部结构分析中的应用
　　摘要:随着交通运输事业的蓬勃发展,尤其是高速公路高架道路的日益增多,为了满足交通运输快速顺畅的要求,斜桥得到了越来越广泛的应用。但斜桥的受力特性比直线桥梁复杂得多,对其选择合适的方法进行分析是保证工程质量和控制造价的关键。介绍了各种桥梁结构弹性空间内力分析方法,重点论述了梁格法的基本原理,并以某连续箱梁桥为例,采用Midas 大型通用有限元软件进行模型的梁格法分析,计算结果表明,梁格法是桥梁结构空间分析的一种有效方法,适用于各种斜、弯箱梁桥的计算。
　　关键词:梁格法；结构分析；斜梁桥；弹性空间；桥梁结构
　　
　　1 桥梁结构弹性空间内力分析方法简介
　　
　　目前桥梁结构弹性空间内力分析通用的方法主要有梁单元法、板壳元法、三维实体元法以及梁格法。其中,梁单元法的特点是能直接给出计算截面的内力和变形。但在进行宽箱梁桥分析时有很大的局限性。首先,宽梁桥不满足其基本假定;其次,该方法不能得到内力的横向分布。板壳元法在分析混凝土箱梁桥时,一般用板壳元法模拟结构顶、底板误差不大,而横梁尺寸一般比顶、底板大得多,用板壳元法模拟其受力,误差较大。由于桥梁结构施工过程复杂,又承受汽车或列车活载作用,用此法求各种工况下的最不利情况,计算工作量巨大,在应用上受到很大的限制。三维实体元法优点是与实际模型最接近,不需要计算横截面的形心、剪力中心、翼板有效宽度,截面的畸变、翘曲自动考虑;缺点是输出的是梁横截面上若干点的应力,不能直接用于强度计算,且模型复杂,计算费用高,数据处理繁琐。梁格法是分析桥梁上部结构比较实用有效的空间分析方法。它的特点是用等效梁格来代替桥梁上部结构,分析梁格的受力状态就可得实桥受力状态。它不仅适用于板式、梁板式及箱梁截面的上部结构,而且对分析弯、斜梁桥特别有效。梁格法计算费用经济,结果提取方便并能与现行桥规匹配,在工程分析中得到了
　　
　　2 梁格法的基本原理
　　
　　梁格法实质是用一个等效的梁格来代替桥梁上部结构，是一种以梁为基本单元的有限元法。这种方法概念明确，容易理解和使用，也比较容易操作，计算速度也比较快。现有的计算曲线梁梁桥软件，如同济大学开发的“桥梁博士”和广州阿安毕公司开发的“3DBSA”，都采用了梁格法。梁格法的主要思路就是将上部结构用一个等效的平面梁格或空间构架来模拟。将分散在板式或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,实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内,而横向刚度则集中于横向梁格构件内。分析此平面梁格或空间构架就可得到实际桥梁上部结构纵横向内力和变形。对于箱形截面而言,若以腹板为单位划分梁格,就可以获得腹板的受力特征,直接用于腹板的配筋计算,这样就避免了利用空间梁元和空间箱形梁元分析时必须对各腹板进行内力横向分配的环节,使设计简单易行。梁格法最关键之处在于其与上部结构的等效性,即在相同荷载作用下,做到二者间内力和变形相同,因等效与否将严重影响结构分析的精度,所以梁格的划分就很重要。建立空间梁格模型时,要视上部结构断面形式的不同进行不同形式的梁格单元划分和截面特性计算,划分过程均需遵循等效性原则。
　　梁格模型梁格的划分应综合考虑以下因素:
　　,在每条