多箱式组合梁桥梁格模型截面特性修正研究.pdf

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1、第1期（总第164期）No.1(SerialNo.164)2013年2月CHINAMUNICIPALENGINEERINGFeb.2013DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2013.01.008多箱式组合梁桥梁格模型截面特性修正研究殷平，吴冬雁，谢旭，何余良，胡欣科（浙江大学，浙江杭州310058）摘要：为了建立合理的梁格模型截面刚度取值方法，以一分离式钢混组合箱梁桥为对象建立三维板壳元模型，利用其计算结果修正梁单元截面刚度。结果表明：在偏载作用下，梁格模型计算精度较低；遗传算

2、法修正截面参数后能有效地提高梁格模型计算精度；划分梁格时，纵向梁格划分宜偏向边梁，纵梁抗扭刚度宜按换算截面计算值的70%~80%取值。关键词：钢混组合梁；板壳模型；梁格模型；遗传算法中图分类号：U448.213.1文献标志码：A文章编号：1004-4655（2013）01-0022-04钢-混凝土组合箱梁桥充分发挥了钢与混凝土采用圆柱头焊钉，直径×长度=22mm×170mm。的材料强度特性，具有自重轻、经济、施工方便等许［1］多优点，近年来在桥梁工程中得到迅速推广。相比于三维板壳模型，梁格模型是多箱式

3、组合梁结构整a）桥梁立面图体分析的常用计算方法。这种算法是把连续的结构体系按等刚度原则离散成多根顺桥向和横桥向的梁组合，计算模型的精度直接受到等效刚度取值合理性的影响。目前常用的方法是采用全截面弯曲刚度等效的方法来模拟梁格结构，并保持梁格结构的形心位置与b）桥梁横断面原截面的形心位置不变。但是，对这种算法的计算精图1桥梁立面图及横断面图（cm）度验证还比较欠缺，梁格计算模型中梁的截面参数取值存在一定的误差，需要对其进行修正。1.2三维有限元板壳模型本文以1座多箱式钢-混凝土组合梁桥为对为了精确分析桥梁

4、的空间受力特性，本文采用象，建立考虑剪力钉实际分布的三维有限元板壳模板壳单元对全桥进行离散，有限元模型如图2所示。型，以其为参照，将梁格计算模型与之对比并进行梁格模型的修正，根据模型修正结果讨论了采用梁格模型计算时结构刚度的取值方法。研究结果为今后同类桥梁的梁格模型建立提供参考。1桥梁概况及有限元模型1.1桥梁概况a）桥面板单元划分b）钢箱梁单元划分以一实际高架桥为对象进行分析。结构为跨径40m的简支桥梁，桥面宽18m，采用钢-混凝土组合梁，立面及横断面如图1所示。横桥向由4个分离的钢箱梁组成，桥面板

5、采用钢筋混凝土。剪力键收稿日期：2012-09-28第一作者简介：段平（1987—），男，广东韶关人，硕士研c）剪力钉究生，主要从事桥梁结构方面的研究。图2桥梁三维有限元计算模型22殷平，吴冬雁，谢旭，等：多箱式组合梁桥梁格模型截面特性修正研究2013年第1期其中钢箱梁采用薄壳单元，桥面板采用厚壳单图5为梁格模型和三维有限元计算模型的跨中元，剪力钉采用三方向线性弹簧单元。全桥共计挠度、应力对比结果。限于篇幅，这里仅给出4根471495个节点，475861个壳单元，23070个弹梁跨中处对比结果。图中横

6、轴为梁号，竖轴为主梁簧单元。剪力钉的水平刚度根据0.8mm割线法得跨中挠度、应力相对误差ε。由图5可见：梁格模［2］到，即用滑移0.8mm时的割线刚度作为剪力钉型的计算精度取决于作用的荷载形式，当荷载为对的剪切刚度。根据本桥采用的剪力钉型号得到水平称时，梁格模型能够得到比较精确的计算结果；反剪切刚度为95.5kN/mm，竖向假定为刚性连接。之，在偏载作用下梁格模型出现较大的误差，挠度1.3桥梁梁格模型的相对误差ε达到30%。全桥梁格模型如图3所示。梁格模型截面划分遵循如下原则：每片箱梁等效为1根纵梁，

7、横桥向在箱梁之间对中切开；在横隔梁位置处设横梁，并在箱梁宽度区域设为刚臂截面，初始参数通过钢-［3］混凝土组合梁按换算截面计算给定，横梁混凝［4］土翼板取有效宽度计算。a）跨中挠度对比图3梁格模型2梁格模型的截面特性修正2.1梁格模型的精度对比为了检验梁格模型的计算精度以及获得合理的结构截面特性计算方法，本文以三维有限元计算结b）跨中下缘的顺桥向正应力对比果为参考依据，检验梁格模型的计算精度，并通过图5梁格模型的计算精度模型修正讨论梁单元截面特性合理取值的方法。梁格模型的计算精度通过与三维有限元模型在

8、在工况1、3条件下，误差小的原因是由于本结构整体受力状态比较来获得。精度检验分为4种桥为对称等截面结构，在对称荷载作用下结构横向荷载作用工况，均为活载荷载：满跨均布；1号、均匀变形，荷载不存在纵梁间的分配问题，说明结2号梁均布；跨中集中荷载；3号、4号梁集中荷载。构的总体纵向弯曲刚度与三维有限元较一致。但对图4为3号、4号梁集中荷载（工况4）作用位置。于偏载作用，由于混凝土桥面板与剪力钉连接的存其中均布荷载大小取值为10.5kN/m，集中荷载值在，对荷载