异形箱梁仿真秀综述

,BridgingYourInnovationstoRealities,异形箱梁精细化解决方案总结综述,2017年3月技术中心桥梁部田亚宁,梁格理论参数计算建模要点建模流程；重要参数说明结果对比反力；位移；剪力；弯矩；应力,主要内容,梁格理论,桥梁上部结构,梁式上部结构,梁板式上部结构,分格式上部结构,板式上部结构,剪力-柔性梁格分析,梁格分析,梁格分析,连续梁分析,格梁式上部结构,梁格分析,桥梁上部结构类型及分析方法,剪力-柔性梁格的作用状态,=(3+3)233+3+3,1.1纵向梁格的抗弯刚度,切开的纵向梁格的中性轴，要与整体截面中性轴保持一致，因此需对切开纵梁的抗弯惯性矩进行调整。,Iyy，mod=Iyy+Ad2Iyy，total=Iyy，modIyy，totalIyy,Iyy，mod=Iyy+Ad2=1.94343+3.7591*(1.0559-0.935006)2=1.99837,1.2横向梁格的抗弯刚度,=+=(././).+.=0.45185,1.3抗扭刚度,=“+”*2=(././).+.*2=0.90369Ixx=(1.55+1.55)*0.90369=2.80144,建模要点,2.1异形箱梁梁格调整方法规划腹板中心的梁格体系,希望：1.主梁在腹板中心；2.主梁在质心；3.按照实际显示；痛点：1.截面不同，腹板中心不在一条线上；2.质心连线也不在一条水平线；3.复杂且没必要；程序：1.选择梁端第一个截面为参照截面；2.网格整齐，部分截面可调整可不调整；,问题：,梁格（不对称）初步生成,调整之后,原因：,2.1异形箱梁梁格调整方法修改建模助手生成节点位置,2.1异形箱梁梁格调整方法修改截面偏心位置,2.1分叉箱梁建模思路拆分、合并,要点：1.分成几部分，分别建模；2.通过合并数据文件，合成一个模型。合并时特别注意坐标系统要一致。,2.2建模助手重要参数布置,布置偏移坐标原点为原截面质心位置，此参数用来改变坐标位置；值有正负，代表方向；输入桥梁中心线与路线中心线的偏移距离。,布置斜交角度,斜交角：-56,布置多曲线输入,注意：1.依次输入桥梁所处曲线，如本模型多曲线为：圆曲线+缓和曲线+直线+不完整缓和曲线。2.多曲线开始、结束点应该在桥梁跨径之内。3.ZH点或HZ点处，半径无穷大，建模助手中不用输入参数。4.桥梁终点处于缓和曲线中时，可以输入对应缓和曲线半径；也可以增加一跨，输入完整缓和曲线，再删除多余节点。5.生成模型空间位置：第一跨端横梁在x=0处y轴上，根据需要旋转节点角度。,2.2建模助手重要参数跨度,斜桥时候输入垂直距离值；,虚拟横梁间距,变截面,注意：对称面位置：箱梁从高到低，从低到高，对称面不一样；切换I端和J端；,2.2建模助手重要参数分割线位置,分割线位置：距中性轴距离，正负代表方向；通过修改表格数据，用户直接调整分割位置，进行精确分割。注意：斜腹板时，分割线不要与边腹板相交；,截面特性参数计算,截面特性参数计算分割主梁之后，截面特性参数即确定，所以模型生成之后调整节点坐标、节点显示位置，不会改变主梁等的截面特性值；建议对照汉勃利书和程序，明白每个参数意义及计算。,宽桥结果对比,3.1有效宽度-规范规定,04规范查表得系数,16规范计算得系数,影响系数计算,计算步骤：A：划分腹板两侧的翼缘的实际宽度bi；B：计算翼缘有效宽度的计算系数f、s；C：计算有效宽度bmi；D：计算bmi相关的截面特性值Iyy；,程序实现方式,第一种：结构PSC桥梁建模助手有效宽度注意：需要定义跨度信息只能计算对称结构,第二种：边界有效宽度表格输入手算参数，适用于对称和不对称结构。,实际中因为剪力滞效应，应力峰值max为高度的矩形面积等于应力曲线所包围的面积，矩形的边长就是翼缘的有效宽度。我们通过上述方法计算出来的应力体积，和单梁中按照初等梁理论计算出来的应力体积对比，得出是否可行的结论。,计算剪力滞效应可行性,FEA实体模型底板应力实际分布,单梁结果,实体考虑有效宽度结果,FEA实体模型顶板应力实际分布,单梁结果,实体考虑有效宽度结果,3.2各项荷载验算权重纵向控制截面位置：各跨支点处、1/4处、跨中横向控制点位置：顶板、底板角点（TL、TR、BL、BR）荷载组合：抗裂验算控制荷载组合单项荷载：恒载、钢束一次、钢束二次、徐变二次、收缩二次、偏载（最大/最小）中载（最大/最小）、温度梯度（升温/降温）、整体温度（升温/降温）,前后处理正应力核对以第一跨跨中为例A：取PSC设计结果表格验算结果；B：结果-结果表格-最终阶段梁截面特性值；C：取控制荷载组合中各项荷载内力；计算应力；与程序应力取值一致；D：各项应力值进行组合，与验算结果对比重点：移动荷载影响线分析是一个包络结果，内力极值点和应力极值点不一定在同一位置。,统计各项荷载在最终验算中的权重。一是体现数据的敏感性；二是为以后建模检查数据提供可行的依据。,统计结果,表格汇总结果,3.3各项结果对比自重下支座反力,1号支座靠近2.5m悬臂端,4号支座靠近2m悬臂端,位移,弯矩,L1=35m,L1=40m,L1=30m,弯矩,L1=35m,L1=40m,L1=30m,弯矩,L1=35m,L1=40m,L1=30m,剪力,L1=35m,L1=40m,L1=30m,注：支点处，单梁、梁格结果与实体结果差异较大。曲线图不包含支点结果。,剪力,L1=35m,L1=40m,L1=30m,应力,应力,应力,移动荷载结果,支座,跨中,偏载max、中载max追踪位置是9单元中点，偏载min小和中载min追踪位置是18单元i端。,移动荷载结果,移动荷载结果,移动荷载结果,移动荷载结果,斜桥,8-1,8-2,8-3,8-4,8-5,9-1,9-2,9-3,11-2,11-3,11-4,11-5,10-1,10-2,10-3,11-1,4.1支座反力(单位：KN),结论：1.支座反力单梁分布失真；梁格和实体分布规律一致；2.梁格和实体支座反力相差5%之内，比较理想；3.钝角处支座反力大，锐角处支座反力小，符合斜桥规律；,梁格1,梁格2,4.2位移(单位：mm),结论：1.单梁位移结果失真；2.梁格和实体模型在恒载、钢束、温度梯度荷载工况下位移结果规律一致；3恒载下最大差值20%，但绝对值只相差2.8mm；钢束效应下最大差值23%，绝对值为2.37mm；温度升温降温引起的位移值较小。,4.3弯矩(单位：KN.M),剪力和弯矩提取方法1：1.梁格分别提取几个截面弯矩相加；2.实体模型中为垂直斜截面内力系的合力偶矩；,问题：1.坐标轴；2.截面,剪力和弯矩提取方法2：梁格和实体提取方法一致；,提取截面不一样，弯矩差异很大；梁格模型数值偏大，计算结果偏安全；,4.4应力(单位：MPa),应力结果差异较大，原因：1.与应力相关因素，M等；2.实体应力真实反应剪力滞效应。,弯桥,5.1弯扭耦合理论,外力、内力和位移,（a）,（b）,三个坐标轴方向力的平衡：Fx=0；Fy=0；Fz=0,（c）,三个坐标轴方向力矩的平衡：Mx=0；My=0；Mz=0,（d）,（e）,（f）,内力位移表达式,5.2程序实现,扭转：直桥单梁,扭转：直桥梁格,问题：Mx=10000，Mx=1386.2+2771.8+1386.2=5544.2？,汉勃利扭转计算,上部结构做整体扭转时，环绕板和腹板呈现向上向下的剪力流网络，大多数剪力流通过围绕着板和腹板的周界流动，但某些较短的途径则通过中间腹板。,总的扭矩由一部分纵向构件的扭矩和一部分上部结构两侧的相反剪力构成。,程序计算,M=Mx+Fy*d=(1386.2+2771.8+1386.2)+769.8*5.5=9778.1？,Fy,M=Mx+Fy*d=(1386.2+2771.8+1386.2)+769.8*(1.5066+1.3875*2+1.5066)=10000,纵梁扭矩分配,扭转-弯桥梁格,M=Mx+Fy*d=9634,总结：123,5.3结果对比支座反力,结论：1.单梁模型模拟失真；2.梁格和实体较为接近，误差5%以内；3.外侧大，内测小,位移,1.弯桥变形比同样跨径直桥大；2.曲线外侧挠度大于内侧挠度；,1.单梁模型结果差距较大；2.梁格模型和实体模型位移值符合弯桥规律；,扭矩Mx,弯矩My,应力,F