广义梁格法在曲线梁桥分析中的应用
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梁格分析在梁桥计算中的应用摘要:本文论述了梁格法在梁桥结构分析中的应用,并以简支T梁为例进行分析说明。
关键词:梁格法,T梁,横向分布系数Abstract: This paper discusses how to apply the grillage method to analyze the structure of the bridges, and takes the T beam for example.Key words: grillage method , T beam , lateralloaddistributionfactors1. 概述梁格法[1]是将分散的梁板或箱梁某一段内的弯曲和抗扭刚度假定集中于最邻近的等效梁格内,实际结构纵向刚度集中于纵向梁格内,横向刚度集中于横向梁格;原型实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时,两者的挠曲是恒等的;任一梁格内的弯矩、剪力和扭矩应等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。
梁格法的难点是刚度等效和荷载等效,如若处理不当,则难得到想要的计算结果。
但是梁格法易于理解和使用,利用计算机计算很方便,计算结果精确有效,被广泛应用。
2. 梁格分析本文只分析梁板式上部结构的梁格分析,并以T梁为例加为详细说明;对于闭口箱梁,这里不作论述。
2.1 梁格划分(1)纵梁与每片T梁中心线重合。
梁格须重合于设计受力线,纵梁间距不宜过大,对于纵梁间距较大,可在纵梁间距中心设置虚拟梁,使结构受力连续,也便于荷载模拟。
(2)对于有横隔板部位,必须设一根梁格与之重合。
若横格板间距较密,可仅在横格板处设横梁,但横梁的间距与纵梁间距须相当,以使结构受力灵敏;若横格板间距较稀,参照纵梁设置原则设置。
(3)对于斜桥,纵梁与横梁一般是正交的,但对于支点处,端横隔梁一般为斜交的,故需根据实际受力和构造进行布设。
2.2 截面特性(1)纵梁梁格惯性矩通常按截面的形心计算。
内梁和边梁是处于不同的水平线,采用二维梁格分析,通常这种差距略而不计;但是考虑板的薄膜作用[1]时,建议采用空间梁格分析,纵梁与横梁间采用刚度很大的构件连接。
梁格法在桥梁设计中的应用摘要: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。
梁格法是桥梁结构空间分析的一种有效方法, 由于其具有基本概念清晰, 易于理解和使用的特点, 被广泛地应用于各种斜弯桥的计算中。
关键词:梁格法;桥梁设计;计算城市桥梁设计中使用的梁格法,其计算原理是通过梁格来替换桥梁上的桥跨结构,利用梁格与梁格间的联系,来设定各区域之间桥梁梁体之间的关系,其本质是将梁作为单位,对桥梁进行限元分析,此种计算方式区别于传统意义上的计算方式,其计算原理更易被理解,计算速度更快,误差较小。
具体来讲,城市桥梁设计中的梁格计算法是将桥梁整体结构通过空间模拟结构或平面结构替代后,根据每个梁格之间的关系,进行区域划分,并认为梁格的各项数据等于各等效区域内桥梁梁体的数据,进行一定分析后,可计算出梁体的三位变形、轴向受力等数据。
利用梁格法分析箱梁截面的受力情况,可以用腹板作为计算基本单位,梁格将会起到替代腹板进行受力的作用,在设计桥梁腹板的过程中,可对其直接进行配筋等工作,减少了空间限元法计算的过程,在简化城市桥梁设计的同时,也提高了计算的准确度。
在城市桥梁设计中要正确使用梁格法,其关键环节是对梁格的划分与基本单位刚度的计算。
(1)要严格分析各部分梁体之间截面的特征,如可以将多肋式桥梁的梁肋设置为梁格计算单位,或将多室箱桥梁的腹板设置为梁格,然后进行梁格划分工作;(2)在进行基本单元刚度计算时,要选用等效原则,在计算过程中,梁格的受力与形变等各项数值均应与梁体原有数值相同。
一、梁格法的基本原理梁格法的基本原理是用等效的两个代替该区域的桥跨结构, 并通过梁格之间的连接描述划分区域之间梁体的相互关系, 实际上梁格法是以梁为基本单元的有限元分析方法, 但其相对于传统的杆系模型而言可以较为准确的计算横向受力特性。
基于梁格法对弯箱梁桥的有限元分析谈俊杰发布时间:2023-07-02T02:35:14.378Z 来源:《建筑实践》2023年8期作者:谈俊杰[导读] 为了研究曲线箱梁桥的受力及变形情况,利用有限元软件Midas/Civil建立某曲线箱梁桥的梁格模型与该曲线箱梁桥的单梁模型。
对比分析2种建模方法下该桥的受力和变形情况,找到曲线箱梁桥的受力及变形特点;同时,通过对比验证了梁格法的合理性,证明了用梁格法进行曲线箱梁桥计算是可行的。
重庆交通大学重庆 400041摘要:为了研究曲线箱梁桥的受力及变形情况,利用有限元软件Midas/Civil建立某曲线箱梁桥的梁格模型与该曲线箱梁桥的单梁模型。
对比分析2种建模方法下该桥的受力和变形情况,找到曲线箱梁桥的受力及变形特点;同时,通过对比验证了梁格法的合理性,证明了用梁格法进行曲线箱梁桥计算是可行的。
关键词:梁格法;曲线箱梁桥;Midas/Civil一、梁格法介绍传统的平面梁格模型假设整个横截面围绕通过质心的单一中性轴弯曲,其计算精度依赖于整个横截面的中性轴位置的精确确定。
为了更准确地模拟上部结构,基于梁格法的基本原理,提出宽翼缘上部结构分析的改进梁格模型。
改进梁格模型解除了传统平面梁格法中梁格系必处于在同一平面的约束,允许梁格系在三维空间上分布。
平面梁格模型中梁格系是布置在整个横截面的一个近似中性轴上,而在改进梁格模型中,每根梁则布置在其所代表部分的各自中性轴上。
改进梁格模型中,所有的梁布置在两个平面内,一个是翼缘部分,另一个是主桥面部分,两部分为刚性连接。
二、空间有限元理论对于空间问题,梁单元上每个节点位移均对应有6个自由度,且与6个节点处的力相对应。
从结构体系中取出一段节点为i与j的梁单元,然后根据右手原则,取x方向作为单元的主轴线,y方向和z方向同时作为主惯性轴。
空间分析方法主要有空间梁单元法、板壳元法、三维实体元法和梁格法。
梁格理论的基本思想就是用一个等效的梁格来代替上部结构,为便于分析,把分散在梁的每一区段内的弯曲和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内,梁的纵向刚度集中于纵向梁格内,横向刚度集中于横向梁格内。
西南交通大学硕士学位论文梁格法在斜、弯桥分析中的应用姓名:牛小龙申请学位级别:硕士专业:桥梁与隧道工程指导教师:赵人达20080901西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要近年来,随着我国现代化建设的快速发展,交通运输业蓬勃兴起,高速公路、城市立交桥和高架桥日益增多,促进了大量斜、弯桥梁的出现。
我国众多学者、专家和工程师对此类结构的计算理论与设计方法进行了多方面的研究,硕果累累。
.虽然,有限元方法和计算机技术的迅猛发展已为数值方法展示了一个极为广阔的前景,一般地说,斜、弯梁桥作为一种空间结构,可以应用结构分析的通用程序来求解。
然而,对于荷载在桥上沿纵、横向移动的公路桥梁,采用象有限单元法这样的计算机方法子实际设计时,仍感不便。
因此,研究斜、弯梁桥的荷载横向分布规律,以确定桥梁设计内力,仍然是一种有效而便于实用的方法。
特别是对从事设计的工程师而言,近似的实用计算方法概念直观,应用比较容易,仍是工程界所欢迎的切实可行的常用手段。
本文所提梁格分析法是用计算机分析桥梁上部结构比较实用有效的空间分析方法,它具有基本概念清晰、易于理解和使用等特点。
梁格分析法在仔细考虑斜、弯梁桥弯扭耦合作用的基础上,根据各梁的弹簧系数所建立的线性方程,导出计算斜、弯梁桥各主梁荷载及内力横向分布影响线的基本公式,在求得的内力影响线上横向加载,就可求得主梁的荷载横向分布系数,从而可按熟知的直梁桥计算步骤,方便地算出主梁和横梁的各项内力。
关键词:梁格法斜弯桥内力横向分布理论西南交通大学硕士研究生学位论文4第1I页AbstractInrecentyears,manyobliqueandcurvedbridgeshavesprungupwiththemodelizationofourcountry,communicationandtrafficflourishing,highway,flyoverjunctionandviaductsincreasing.Manyscholars,speclistsandengineerershavedonemuchresearchinthiskindofstructureandattainedmuchprogress.Thoughtherapiddevelopmentoffiniteelementmethodandcomputertechnologyhavebroughtupamplitudevisiontonumericalmethod,obliqueandcurvedbridgestructurescallbeanalysedbythegeneralcomputerprogramasakindofspatialstructure.However,forthecaseofmovingloadingappliedalongthelateralandlongitudinaldirectionsofhighwaybridges,itisinconvenienttOutilizethefiniteelementanalysisinthepracticaldesign.So,itiscost—effectivetoresearchthelateralloadingdistributionofobliqueandcurvedbridgeforthepurposeofdeterminingtheinternalforcedistributionsinthiskindofbridge.Thecrossbeamanalysismethodreferedinthethesisiscost—effectiveinanalyzingbridgestructurebycomputer.Andthismethodhascharacteristicsofclearconcept,easilyunderstandingandapplying.Afterthecarefulexaminationoftorsionbendingcouplingofobliqueandcurvedbridge,theloadandinternalforcelateraldistributionofobliqueandcurvedbridgeCanbederivedonthebasisoflinearequationsconstructedwitheachbeam’Selasticcoe街cients.Oncetheloadingisappliedonthebridgealongthelateraldirection,itisrelativelyeasytocalculatethelateraldistributioncoefficientsforgirderbeams.Andthenwiththecomputationalproceduredevelopedforlinearbeams.theinternalforceCanbecalculatedforgirderandlateralbeamsrespectively.keywords:crossbeamanalysismethod;obliqueandcurvedbridge;theoryoflateraldistributionofinternaIforce西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规j校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
基于梁格法的曲线桥受力分析摘要:结合工程实例,采用有限元软件Midas/Clvil建立曲线桥单梁法模型与梁格法模型,分析桥梁在恒荷载作用下的内力,并将单梁法与梁格法计算结果对比分析。
关键词:曲线桥;Midas Civil;梁格法中图分类号:文献标志码:文章编号:引言随着城市建设以及交通运输的快速发展,由于对桥梁平面线性的一定需求,使得曲线桥、斜交桥等结构在桥梁建设中得到广泛应用,而曲线桥相较于直线桥具有较强的地形适应性,采用单梁模型来进行简单的近似计算往往一定的误差,而梁格法在分析曲线桥中更为有效。
梁格法能够较好的模拟桥梁结构的受力性能,因此广泛应用于各类桥梁的分析中。
1 梁格法1.1 梁格法基本原理梁格法是应用于实际设计过程中的一种分析方法,它具有广泛的适用性,能应用于格构式结构、梁板式结构和板式结构等多种桥梁结构中,同时兼具计算快捷方便和容易被设计人员理解使用的优点,因此被广泛应用。
梁格法的基本思路是采用一个等效的梁格体系,来比拟桥梁的上部结构。
等效梁格体系的各构件刚度由实际结构对应区域构件的扭转刚度和抗弯刚度等比拟。
其中,实际结构的实际横向刚度比拟为等效梁格横向构件的刚度,而实际结构的纵向刚度则比拟为等效梁格纵向构件的刚度。
按照等效的基本思想,在相同的外荷载分别施加到等效梁格和桥梁上部结构时,等效梁格应产生与桥梁上部结构相同的变形,等效梁格的纵横向构件各位置处的内力都应与桥梁上部结构对应位置处的内力相等。
但采用杆系单元构件构成的等效梁格并不能完全准确的模拟实际结构的受力情况,其存在一定的近似性。
1.2 梁格单元划分整体而言,一定要参照桥梁上部结构与支座状况,一般情况下,梁格划分的越密集越能更好的模拟实际结构,但随之而来的是梁格模型的建立更为复杂,所以必须寻找一个平衡点,既能反应实际结构的受力特点又不会使得梁格模型显得冗杂,所以副梁格进行有效合理的划分至关重要,纵梁划分时,应使各纵向构件的中性轴保持一致,使得各纵向构件的中性轴与整体截面的中性轴在同一高度。
一、梁格法既有相当精度又较易实行对曲线梁桥,可以把它简化为单根曲梁、平面梁格计算,也可以几乎不加简化地用块体单元、板壳单元计算。
单根曲梁模型的优点是简单,缺点是:几乎所有类型的梁单元都有刚性截面假定,因而不能考虑桥梁横截面的畸变,总体精度较低。
块体单元、板壳单元模型,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: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。
对于位置固定的静力荷载,当然可以把若干点的应力换算成横截面上的内力。
对于位置不固定的车辆荷载,理论上必须采用影响面方法求最大、最小内力。
板壳单元输出的只能是各点的应力影响面。
把各点的应力影响面重新合成为横截面的内力影响面,要另外附加大量工作。
这个缺点使得它几乎不可能在设计中应用。
梁格法的优点是:可以直接输出各主梁的内力,便于利用规范进行强度验算,整体精度能满足设计要求。
由于这个优点,使得该法成为计算曲线梁桥和其它平面形状特殊的梁式桥的唯一实用方法。
它的缺点在于,它对原结构进行了面目全非的简化,大量几何参数要预先计算准备,如果由计算者手工准备,不仅工作量大,而且人为偏差较难避免。
二、如何建立梁格力学模型1.纵梁个数、横梁道数、支点与梁单元对于有腹板的箱型、T型梁桥,其梁格模型中纵向主梁的个数,应当是腹板的个数。
对于实心板梁,纵向主梁的个数可按计算者意愿决定。
全桥顺桥向划分M个梁段,共有M+1个横截面,每个横截面位置,就是横向梁单元的位置。
支点应当位于某个横截面下面,也就是在某个横向梁单元下面。
每一道横梁都被纵向主梁和支点分割成数目不等的单元。
纵、横梁单元用同一种最普通的12自由度空间梁单元,能考虑剪切变形影响即可。
2.纵向主梁的划分、几何常数计算对于箱型梁桥,从什么地方划开,使其成为若干个纵向主梁?汉勃利提出了一个原则:应当使划分以后的各工型的形心大致在同一高度上。
笔者曾经用有限条法进行过考核,发现依据这一原则,依各主梁弯矩、剪力计算出的正应力、剪应力,与有限条的吻合性确实较好。
如何用梁格法计算曲线梁桥桥梁分析一、梁格法既有相当精度又较易实行对曲线梁桥,可以把它简化为单根曲梁、平面梁格计算,也可以几乎不加简化地用块体单元、板壳单元计算。
单根曲梁模型的优点是简单,缺点是:几乎所有类型的梁单元都有刚性截面假定,因而不能考虑桥梁横截面的畸变,总体精度较低。
块体单元、板壳单元模型,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: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。
对于位置固定的静力荷载,当然可以把若干点的应力换算成横截面上的内力。
对于位置不固定的车辆荷载,理论上必须采用影响面方法求最大、最小内力。
板壳单元输出的只能是各点的应力影响面。
把各点的应力影响面重新合成为横截面的内力影响面,要另外附加大量工作。
这个缺点使得它几乎不可能在设计中应用。
梁格法的优点是:可以直接输出各主梁的内力,便于利用规范进行强度验算,整体精度能满足设计要求。
由于这个优点,使得该法成为计算曲线梁桥和其它平面形状特殊的梁式桥的唯一实用方法。
它的缺点在于,它对原结构进行了面目全非的简化,大量几何参数要预先计算准备,如果由计算者手工准备,不仅工作量大,而且人为偏差较难避免。
二、如何建立梁格力学模型1.纵梁个数、横梁道数、支点与梁单元对于有腹板的箱型、T型梁桥,其梁格模型中纵向主梁的个数,应当是腹板的个数。
对于实心板梁,纵向主梁的个数可按计算者意愿决定。
全桥顺桥向划分M个梁段,共有M+1个横截面,每个横截面位置,就是横向梁单元的位置。
支点应当位于某个横截面下面,也就是在某个横向梁单元下面。
每一道横梁都被纵向主梁和支点分割成数目不等的单元。
纵、横梁单元用同一种最普通的12自由度空间梁单元,能考虑剪切变形影响即可。
2.纵向主梁的划分、几何常数计算对于箱型梁桥,从什么地方划开,使其成为若干个纵向主梁?汉勃利提出了一个原则:应当使划分以后的各工型的形心大致在同一高度上。
高速公路互通立交桥梁结构型式往往体现为高架桥、弯桥、斜桥、异型桥等不规则形状,这些不规则桥梁设计受力分析非常复杂。
本课题系统研究了预应力混凝土在各种互通式立交桥梁结构中应用的特点和要求,采用空间梁格式剖析复杂桥梁结构,较好地解决了各种复杂桥梁的计算问题。
梁格理论即是将桥梁上部结构用一等效梁格来代替,弯梁、斜梁和异型桥与比拟梁格之间的等效关系,主要表现在梁格各构件刚度上。
预应力的作用转化为在梁格各结点上的等效荷载,分析这种等效梁格后再将其结果还原到原结构中。
梁格理论不仅适用于主梁与横梁组成的格子梁桥,而且适用于板式(包括实心板和空心板)、肋板式及箱形截面等大部分上部结构,不仅适用于规则桥梁,同时适用于异形桥梁,通过适当的离散与模型化,可以取得令人满意的工程设计精度。
梁格理论是一种三维空间分析方法,它具有基本概念清晰,易于理解和使用,应用范围较大等特点,在各类桥梁设计中得到广泛应用。
利用该研究成果编制的计算机程序,已成功进行了多座复杂的空间异型预应力混凝土桥梁结构的分析计算。
在剪力-柔性梁格法如果解决实际问题的方面,介绍的都不是很详细,在此希望能通过此论题的开始,起到抛砖引玉的作用,一方面为困惑的设计人员深入了解,另一方面彼此交流互相提高弯桥的设计水平。
目前解决曲线桥梁计算方法有以下几种:1、空间梁元模型法2、空间薄壁箱梁元模型法3、空间梁格模型法4、实体、板壳元模型法第一种方法,是不能考虑桥梁的横向效应的,使用时要求桥梁的宽跨比不易太大。
第二种方法,是第一种方法的改进,主要区别是采用了不同的单元模型,考虑了横向作用如翘曲和畸变。
第四种方法,是解决问题最有效的方法,能够考虑各种结构受力问题。
第三种方法,是目前设计及科研中常采用的方法,其特点是容易掌握,且对设计能保证足够的精度,其中采用比较多的方法是剪力-柔性梁格法,能充分考虑弯桥横向的受力特性。
弯桥的受力特性如下:弯桥由于弯扭耦合现象的存在,其应力和变形不再仅仅是弯矩单独的影响,这样使得外梁弯曲应力大于内梁的弯曲应力,外梁的挠度大于内梁的挠度。
谈谈梁格法目前解决曲线桥梁计算方法有以下几种:1、空间梁元模型法2、空间薄壁箱梁元模型法3、空间梁格模型法4、实体、板壳元模型法第一种方法,是不能考虑桥梁的横向效应的,使用时要求桥梁的宽跨比不易太大。
第二种方法,是第一种方法的改进,主要区别是采用了不同的单元模型,考虑了横向作用如翘曲和畸变。
第四种方法,是解决问题最有效的方法,能够考虑各种结构受力问题。
第三种方法,是目前设计及科研中常采用的方法,其特点是容易掌握,且对设计能保证足够的精度,其中采用比较多的方法是剪力-柔性梁格法,能充分考虑弯桥横向的受力特性。
剪力-柔性梁格法的原理是当梁格节点与结构重合的点承受相同挠度和转角时,由梁格产生的内力局部静力等效与结构的内力。
其实质是将传统的一维杆单元计算模式推进到二维计算模型,用一个二维的空间网格来模拟结构的受力特性。
对于梁格法的讨论这里也有不少帖子进行了讨论,实际与梁格之间的等效关系,主要表现在梁格各个构件的刚度计算上,理论上,原型和等效梁格承受相等的外荷载时,必须具有恒等的挠曲和扭转,等效梁格中每一构件的内力也必须等于该构件所代表的原型截面的,事实上这种理想状况是达不到的,模拟也是近似的,但事实是按梁格计算能把握住结构的总体性能,对于设计来说应该是能满足精度的。
梁格也是近似的模拟,只要计算者能够和好的模拟了横向纵向的特性,应该是可以作为设计依据的。
你在这里说的横向的切分使得预应力产生的次内力问题我不太清楚你指的什么,但是只要横向的刚度业等效了原型,对于计算应该不会出现逆所说的结构内力失真,这条可以通过结果验证。
当然任何结构,只要不怕麻烦都可以用实体单元来分析,只要正确模拟,实体分析也是最精确的,但是对于这种模型要准确模拟可不是一件容易的事,并且预应力的损失计算,施加等等都非常麻烦,还有最后结果的查看也不方便,因此除了结构局部的分析,一般是没有拿实体来进行全桥的整体分析的,至于说单梁我也说了,有些时候精度是可以的,但是对于这种结构相对于梁格来说单梁的精度是不如梁格的。