基于梁格法的简支梁桥荷载横向分布实用计算方法

基于梁格法的简支梁桥荷载横向分布实用计算方法

梁式桥的t梁桥是一种广泛使用的桥梁类型。根据设计的实际需要，梁式桥主要分为钢筋混凝土地下桥、钢架横截面板和预制混凝土横截面桥。横向联接的横向联接是通过横、横向、横向的连接实现的。其连接方式和施工质量是影响安装简直桥结构性能的重要原因。目前，常用的横向联接方式主要包括焊接板的连接、环的连接、桥面板的公司接口和直接插入。该桥的负荷横向分布理论的计算方法主要包括杆原理法、位移压力法、水平桥接收法和水平桥接收法，但每种方法都有相应的假设和简化，计算和分析都有一定的局限性。在文献中，基于中张力测试结果，对安装空心桥进行了载荷试验，采用了基于中张力测试结果的顺德扩展撒布模式。在文献中，建立了具有柔性的梁桥装载试验模型，改变了t梁的横向连接模式，并对不同的横向连接方法对横向荷载分布系数的影响。在文献中，相关分析了横向加载横向分布系数的参考模型，提出了简化的计算方法。对桥的横向装载横向分布系数的影响进行了分析。随着有限元法的普及，在设计和科学研究中解决这些问题最重要的是采用梁法，以便简单准确地模拟各种横向连接下的荷载横向分布。在文献中，梁格法采用了一种更简单、更精确的方法，并以相对简单的方式模拟了梁桥横向段的横向分布。在文献中，梁格法采用了通用撒布模型，分析了虚拟横截面的横向流的变化规律，并对虚拟横截面的横向约束值进行了介绍。在文献中，基于梁格理论，建立了基于梁格理论的干空心板的空间梁格元算分析模型。在研究虚拟横截面的横向分布时，由于缺乏设计数据，船的横向刚性随着服务年限的延长而减小。该桥的计算和分析对于正确模拟桥梁横向联系的横向联系非常重要，但仅包括部分相邻的横向联系。因此，本工作在应用于安装简支箱的静载试验数据的基础上，。1杠杆原理法和偏心压力法则装配式简支T梁桥荷载横向分布及变化规律与结构的横向连接刚度密切相关,当采用不同的连接形式时,应结合实际情况拟定相应的计算方法.目前简化理论计算方法比较成熟,其中,杠杆原理法是将横向结构看成是各个主梁上断开且梁端搁置在主梁上的简支梁,适用于横向联系较薄弱的桥梁;偏心压力法则是假定横向联系刚度极大,忽略了主梁抗扭刚度的影响;铰接法顾名思义就是将各个主梁的横向联系视为只传递剪力不传递弯矩.然而,在用装配式简支梁桥的横向联系在设计、施工、运营过程不可避免地存在横向弯矩传递效率降低、整体性能下降等情况,在实际工程计算分析中,无论采用哪种方法都无法正确模拟实际工程情况.因此,有必要对此类梁桥的横向连接性能进行研究,以掌握横向连接性能对荷载横向分布的影响.2荷载横向分布的影响在用简支T梁桥横向连接通常采用刚性连接,为了掌握横向联结性能对荷载横向分布的影响,采用基于梁格理论的有限元计算分析方法,基于不同的计算理论假定,改变横向连接形式及调整虚拟横梁截面特性值,使得计算结果逼近试验数据,从而获得荷载横向分布的影响特征及变化规律.2.1试验桥的安设某简支梁桥全长76m,桥宽26m,跨径组合为4×16m,上部结构形式采用钢筋混凝土简支T梁,单跨由13片T梁组成,每跨纵向设五道横隔板,横隔板高度1.0m,厚度0.16m.该桥横截面见图1.经外观检查,结果表明,该桥技术状况评定等级为B级.为了解和掌握该桥总体性能和荷载横向分布情况,对其进行了静载试验.采用3辆350kN重车加载,分为3个工况进行了静载试验.变形测点布置在试验桥跨的支点、四分点、跨中位置等处,共设置7个挠度变形测点,应变测点布置在1#～6#T梁腹板底面,共9个应变测点.2.2分析模型建立采用MIDAS/Civil程序建立该桥1#～2#轴跨空间梁格有限元计算分析模型,共建立328个节点和583个梁单元,计算模型见图2.纵梁截面按实际尺寸加上现浇层厚度6cm后计算;虚拟横梁用“一”字型模拟,梁高取T梁翼缘高度,梁宽即横梁间距,取1m.2.3试验结果对比分析在已建立该桥有限元模型基础上,其横向连接方式分别采用不同方式模拟,即T梁间横向弯矩传递有效值取100%(相当于刚接)、横向弯矩传递有效值取0.01%(相当于铰接)、横向弯矩传递有效值取50%(横向弯矩传递值减弱),获取该桥试验桥跨挠度测点、应变测点计算值,并与相应工况试验值进行对比,对比结果见图3、4.对比结果可知,3种不同横向连接模拟方法挠度测点计算值与试验值的变化趋势有一定差异.其中,横向弯矩传递有效值取100%计算时显然过于理想,不能反映在用桥梁在营运过程中横向弯矩传递有效值降低情况,横向弯矩传递有效值取0.01%(相当于铰接)又与实际不符.因此,在用装配式混凝土简支梁桥在运营过程中横向弯矩传递随着时间发展而降低,下文将对此类桥梁横向弯矩传递有效值降低程度作进一步研究.2.4虚拟横向截面特性的影响采用梁格法建立装配式简支梁桥空间梁格有限元模型时,理想梁格应该是这样的,有限元模拟的每一梁格内的弯曲刚度和抗扭刚度与同一位置的实际结构的弯曲刚度和抗扭刚度必须等效1,然而由于实际工程的复杂性,这种等效只能是近似的,而且计算时难以把握.因此,在计算分析时宜调整虚拟横梁的截面特性,使得等效梁格弯曲刚度和抗扭刚度接近于实际结构.本文虚拟横梁间距取1m,横向弯矩传递有效值取100%,通过调整虚拟横梁截面特性值Ixx、Iyy、Izz来调节虚拟横梁刚度,使得等效梁格刚度与实际刚度接近,获得挠度、应变测点计算值和相应试验值对比见图5、6.其中图中的1、10、30和60表示Ixx、Iyy、Izz的调整倍数.分析结果可知,因实桥工程结构的复杂性及试验过程中不可避免的误差,部分测点计算值与试验值离散较大.当Ixx、Iyy、Izz调整至50倍时,计算挠度值、应变值与试验值最小误差分别为1.6%、0.6%,对比曲线变化趋势基本一致.说明虚拟横向截面特性Ixx、Iyy、Izz调整至50倍时计算模型横向刚度与实际接近.2.5横向弯矩传递能力横向影响分析虚拟横梁间距取1m,截面特性调整系数取50倍.通过调整T梁横向弯矩传递有效值,得出挠度和应变的计算值与相应工况试验值对比见图7、8.对比分析结果可知,当计算模型横向弯矩传递有效值取80%时,计算挠度值、应变值与试验值最小误差分别为1.6%、5.6%,对比曲线变化趋势一致.说明本桥横向弯矩传递能力随着时间的发展呈降低趋势.从以上分析可以得出,在用装配简支T梁横向弯矩传递有效值随着运营时间的发展而降低,对荷载横向分布有一定影响.在对同类梁桥进行空间梁格有限元计算分析时,虚拟横梁截面型式取“一”字型,梁高取纵梁翼缘高度、间距取1m(视计算跨径适当加大);纵梁横向弯矩传递有效值宜取50%～80%、虚拟横梁截面特性值Ixx、Iyy、Izz调整倍数宜取30～50倍之间.此时,计算模型荷载横向分布与实际较符合.3有限元模型建立为了验证上述工程实例分析研究所得的结论的正确性、适应性,采用同样的计算分析方法和试验方法对另一座在用装配式混凝土简支T梁桥进行分析.试验加载方法、挠度变形测点和应变测点布置类似.该桥结构形式为单跨混凝土简支T梁桥,跨径13.0m,桥宽18.15m,双向四车道.横向布置为0.4m(防撞栏)+8.3m(行车道)+0.75m(防撞栏)+8.3m(行车道)+0.4m(防撞栏).混凝土标号采用30号.利用MidasCivil建立该桥有限元计算分析模型,虚拟横梁截面形式同上,横梁间距仍取1m.各主梁间弯矩传递有效值取70%;虚拟横梁截面Ixx、Iyy、Izz特性调整倍数取30.计算值与试验值对比见图9、10.计算挠度值、应变值与试验值最小误差分别为7.0%、3.0%,对比曲线变化趋势基本一致.可见本文结论对在用简支T梁桥结构有限元计算分析有一定参考价值.4试验结果分析本文基于梁格理论建立在用简支梁桥空间梁格有限元计算分析模型,结合工程实例,讨论了纵梁间采用不同横向连接方式模拟、横向弯矩能力、虚拟横梁间距及其截面特性值的取值对荷载横向分布的影响,得出结论如下:(1)当采用梁格法计算简支梁桥时,由于等效梁格内的弯曲刚度和抗扭刚度与实际结构只能是近似的.因此,计算分析时宜对虚拟横梁的截面特性进行调整.(2)主梁横向联系弯矩传递有效值对荷