城市立交异型箱梁应用研究.pdf

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1、器基础与结构工程Foundation&StructureEngineering城市立交异型箱梁应用研究苑鹏宇(北京国道通公路设计研究院，北京100053)摘要：以目前城市立交桥中常用的混凝土异形箱梁桥为背景，从结构分析方法、设计方法及建模等方面进行了详细介绍，并针对某工程实例，结合相应的空间计算理论进行分析，为该类型桥梁的设计和施工研究提供参考。关键词：桥梁；异形箱粱；梁格法；三维实体元法；块单元；ASBEST中图分类号：U448．213文献标志码：B文章编号：1009—7767(2011)04—0114—04AppliedResearchofShapedBoxGirderforUrban

2、GradeSeparationYuanPengyu为了更好地与桥梁周边环境相协调，行车更舒适及桥梁外形更美观，现已出现了许多异形连续箱梁桥梁。该种箱型结构具有自重轻、抗扭刚度大、整体性能好、建筑高度小、能适应立交桥复杂的线型变化等优点，尤其是主桥与匝道的连接处当平面形状不规贝0时，使异型变宽多室箱型结构成为设计时的首选。异型箱梁桥由于其复杂的结构形式和边界条件．在活载作用下，产生弯、剪、扭耦合，结构空间荷载效应显著，具有不同于一般箱梁桥的受力特点。而且随着城市立交桥修建标准的提高，异型箱梁桥的宽跨比显著增大，有的已经达到甚至超过l：1，使力学特性发生了很大变化，使其梁式桥梁的力学特性变得不

3、明显【l-2]。因此在保证一定精度的基础上对异型箱梁进行空间计算分析，是非常必要的。1异形箱梁的结构受力分析设计方法由于异型箱梁结构计算实际上涉及的是空间问题。因此应该用空间的计算方法加以解决。利用有限元分析异型箱梁内力时，有多种离散结构．在通常的设计T作中，使用较多的是剪力柔性梁格法和三维实体元法13l。1．1剪力柔性梁格法剪力柔性梁格法最早南Sawko提出，其基本原理是：用一个等效网格来模拟上部结构，即假定把上部结构中每～区格内的抗弯和抗扭刚度集中到最邻近的等效网格内；纵向刚度集中到纵向构件内．横向刚度集中到横向构件内14]，当结构原型和等效网格承受相同荷载114-簪ac救木一盯201

4、1No．4(Jul．)V01．29时，它们的挠曲变形相等，并且在任一网格内的弯矩、剪力和扭矩等于它们所代表的那一部分结构的内力。梁格法基于理想的刚度等效原则，由于实际结构和梁格体系在结构自身特性上的差异．决定了这种等效只能是近似的，因此，运用梁格理论计算的关键在于如何较好地模拟原型结构，使模拟的梁格尽可能接近原型。1．2三维实体元法尽管剪力柔性梁格法概念比较清晰．易于理解及应用，但是由于实际结构和等效梁格体系在结构上存在一定的差异，这种等效只是近似的，而且对于箱梁的顶板、底板及腹板的受力不能精确模拟，所以当异型箱梁结构比较复杂时(如遇到类似分叉处的截面处理、腹板的合并和拆分、边界条件的模拟

5、等问题)，可以发现梁格法对异型结构的模拟是有些粗略的，有时甚至是不够准确的。而采用三维实体元法则能够很好地模拟整个异型箱梁的结构。从建模过程来看，实体单元建模更加精细，其使用的单元和节点较梁格法要多，因此结构在计算精度上得到了更大的保证。实体单元的形状有楔形、三角棱柱体和六面体。其中：六面体单元(8节点)的位移和应力结果均比较准确；楔形(4节点)、=三角棱柱体(6节点)的位移结果比较准确，应力结果的准确度相对于位移有所降低。因此在需要较高精确度的位置，建模时应尽量使用六面体单元。在需要调整六面体单元大小的部位．可以使用楔形或三角棱柱体单元进行过渡12I。在按实体单元进行桥梁结构分析时，就是

6、将结构的每部分(腹板、顶板、底板等)均分割成小六面体，靠六面体之间的连接来等效实际结构。因此，用三维实体单元可以比较准确地模拟实际结构。但由于其建模过程比较繁琐，单元及节点总数庞大，需要专用计算软件的支持。ASBEST是基于异型结构为根本，同时以快捷高速为准则的桥梁专用计算程序。该程序引入块单元(即8节点实体单元)算法，解决了以前异型桥梁结构设计过程中所存在的一系列设计难题，如钢束对弯桥支座偏心的影响、腹板内力差别、弯桥内侧支座脱空等。ASBEST在按块单元计算异型箱梁时，可直接按粱单元类似的方法输入最基本的控制信息，程序即能自动进行网格划分生成块单元，并将单元应力进行积分求出内力。从而整

7、体实现了箱梁各腹板、横隔梁、顶底板的内力计算。程序使设计者对异型桥梁有了更深入的了解，提高了设计的合理性与安全度①。2工程实例以北京市阜石路二期改建工程六环立交主线异型箱梁作为工程实例进行分析。阜石路二期改建工程是连接西五环路与两六环路的重要通道．主路为全封闭的连续高架桥，规划三上三下机动车道．桥下为辅路。工程设计起点为门头沟区双峪环岛，终点为西五环路晋元桥，路线全长9．623km。2．1结构概况该段现浇连续异型箱梁位于