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斜交铰接板桥的实用计算分析及其试验研究一、引言目前，常见的结构分析软件（程序）一般采用FORTRAN、C及可视化类语言中的一种或多种进行开发。
其开发周期一般较长、程序编制量大、程序的调试和测试较难实现，从而开发费用较高，而且在针对大型的数据处理和动态图形处理方面编程较复杂，尤其是采用多种语言进行混合或复合编程时，程序本身的调试和接口问题较为突出。
当然，这些语言有它们各自的优点，尤其表现在多语言的复合编程上，可将各语言的长处集于一身，并在一定程度上避免了使用它们有局限的方面。
在开发一个能对顶推法施工的连续梁桥进行施工全过程内力动态分析的软件时，尽管可采用FDRTRAN语言设计结构分析计算的基本模块，同时采用可视化类语言设计整个系统的基本控制模块这种优化方案，但它在结构的动态分析程序设计方面仍有两个大的难题：（1）大批量数据进行复杂的数值运算时程序较难设计和测试；（2）最终的计算结果进行可视化处理后形成实时动画较困难。
但用MATLAB进行整个程序的设计，上述两个问题即可迎刃而解。
二、MATLAB简介MATLAB是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便且界面友好的用户环境。
在此环境下，对所要解决的许多问题，用户只需简单地列出数学表达式，其结果便会以数值和图形方式显示出来；对于大型问题，只需建立相应的数学模型，同样可以得到快速准确的解答。
其主要特点概括起来有以下几点：（1）MATLAB语言自带数值运算、矩阵运算方面的常规算法函数6000余条，并且具有自身的矩阵运算语法，使得一般的小型数据处理显得极为简单。
（2）MATLAB语言具有常规语言的特性，和一般语言一样能进行算法设计；再加上功能强大的内部函数，使得它的语句功能非常强大。
（3）MATIrtB语言支持 WINDOWS标准的 API接口（DLL、DDE）、OLE及 OLE Au－tomation.（4）MATLAB语言具有自己的图形处理特殊语法，借助于它可方便地实现复杂图形（图像）的动态生成及显示。
桥梁斜交角度的计算方法
桥梁斜交是桥梁计算中常见的参数，也是确定桥墩尺寸和形状的关键因素。
桥梁斜交是一个重要的结构参数，当设计斜交角度不合适时，桥涵尺寸不合实际需要，桥梁结构有可能出现问题。
因此，正确计算桥梁斜交角度显得非常重要。
首先，在计算桥梁斜交角度的时候，应该先明确桥梁的构件型式。
以两摆支架为例，根据FIB Model Code 040中的规定：桥梁斜交角度a应满足：a>=arctan (h1+h2)/L，其中，h1为上摆腿内围轮廓高度，h2为下摆脚内围轮廓高度，L为Resultant length。
即斜交角度a,应满足：a>=arctan((h1+h2)/L)。
又如，一些混凝土和砌体桥梁一般不满足FIB Model Code 040中的桥梁斜交角度要求。
根据不同的构件型式，
假如按照实际桥梁情况，使用砌体桥梁的话，桥梁斜交角度的计算公式，会变成
A=arctan((H1+h2)/2L)，其中，H1,h2分别为上下摆腿内围轮廓高度，L为桥梁实际斜跨长度。
此外，根据实际桥梁结构情况，结合工程安全因素，应该根据学术和技术文献中提出的桥梁斜交角度的计算公式，加以合理取值，以减少构件尺寸，尽可能提高施工安全性。
因此，针对不同构件型式的桥梁，应采取不同的桥梁斜交角度取值，根据实际情况合理取值，具体取值要结合学术和技术文献，根据工程安全性和桥梁结构要求取准确计算桥梁斜交角度。
大角度斜交框构桥结构计算分析大角度斜交框构桥结构计算分析摘要：本文主要对大角度斜交框构桥基于平面杆系分析方法和空间有限元分析方法，以一个工程实例为案例，分别建立平面模型、空间模型进行计算，分析计算结果，得出在空间有限元分析和平面有限元分析下，斜交框构桥内力结果的差异以及斜交框构桥配筋注意事项。
Abstract: in this paper, the main method and spatial finite element analysis method for the analysis of plane frame based on frame bridge of big angle skew, with an engineering example as a case, establish plane model, space model for calculation, analysis and calculation results, obtained in the space finite element analysis and finite element analysis, skew frame the results of internal forces between bridge and skew frame bridge reinforced the matters needing attention.关键词：大角度斜交平面有限元空间有限元受力分析Keywords: large angle oblique plane finite element space finite element stress analysis中图分类号：[TU997]文献标识码：A 文章编号：一、前言随着我国交通事业的发展，城市桥梁、城市道路日益增多，公路、城乡道路以及市政道路相互之间的立体交叉、道路与河道、明渠，暗渠等水利交叉不可避免，且密度也随之加大，情况也多种多样。
大跨度斜交框架桥顶力计算及顶进方向偏移分析周俊【摘要】结合国道211线灵武至甜水堡及联络线古窑子至青铜峡公路穿越大古铁路工程,根据公式进行顶力计算,并通过对框体顶进行的受力分析,找出大跨度斜交框体在顶进过程中容易失偏的原因和控制方法,以便对同类大跨度箱桥的顶力计算及顶进方向控制做出一定的借鉴.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2013(039)001【总页数】3页(P158-160)【关键词】大跨度斜交框架桥;顶力;计算;方向偏移;分析【作者】周俊【作者单位】中铁十八局第二工程有限公司,河北唐山063030【正文语种】中文【中图分类】U4420 引言大跨度斜交框架桥顶力计算及顶进方向偏移是铁路工程施工中必须重视的问题，做好这方面的计算有利于保证施工的顺利进行，提高工程质量。
文章主要结合工程实践，对该问题进行了探讨分析，希望能够引起人们对这一问题的进一步关注，能够对实践发挥指导作用。
1 工程概况国道211线灵武至甜水堡及联络线古窑子至青铜峡公路设计速度100 km/h，双向四车道高速公路，整体路基宽度26 m，分离式路基2×13 m，本项目在公路LZK19+273.32(铁路K54+916)及公路LZK19+285.38(铁路K54+883)处穿越大古铁路，采用2～16 m斜交钢筋混凝土箱形桥下穿大古铁路，斜交角度为29°，单箱法向长度8 m，箱身斜长21.152 m，箱身净高7 m，顶板厚1.0 m，底板厚1.1 m，单框自重约1 450 t，单框顶程24 m。
既有大古铁路线下桥身框架采用顶进法施工，两侧预留线下桥身框架采用现浇施工，箱形桥出口设置翼墙防护预留线铁路路基。
框体底板地质为粉土层。
斜交箱形桥顶进场地布置如图1所示，防护桩直径1.25 m，深15 m，支墩桩直径1.25 m，深15 m。
图1 框架桥平面布置图2 顶力计算及框架桥受力分析(1)框架顶进时所克服的各种阻力之和为最大顶力，其常用计算经验公式如下:式中 P—最大顶力，(kN);K—系数一般为1.2;N1—框架顶上总荷载(土重、线路及加固材料重量，(kN));N2—框架自重(加上土重等，计15 000 kN);E—框架两侧土压力(kN)，根据朗肯主动土压力公式可得;f1、f2、f3—土壤与框架的摩阻系数，无试验资料时，可采用0.7～0.8;R—框架前钢刃角正面阻力，无试验资料时一般参考使用下列数值:砂粘土:500～550 kN/m2;卵石土:1500～1700 kN/m2。
大角度斜交框构桥结构计算分析大角度斜交框构桥结构计算分析摘要：本文主要对大角度斜交框构桥基于平面杆系分析方法和空间有限元分析方法，以一个工程实例为案例，分别建立平面模型、空间模型进行计算，分析计算结果，得出在空间有限元分析和平面有限元分析下，斜交框构桥内力结果的差异以及斜交框构桥配筋注意事项。
Abstract: in this paper, the main method and spatial finite element analysis method for the analysis of plane frame based on frame bridge of big angle skew, with an engineering example as a case, establish plane model, space model for calculation, analysis and calculation results, obtained in the space finite element analysis and finite element analysis, skew frame the results of internal forces between bridge and skew frame bridge reinforced the matters needing attention.关键词：大角度斜交平面有限元空间有限元受力分析Keywords: large angle oblique plane finite element space finite element stress analysis中图分类号：[TU997]文献标识码：A 文章编号：一、前言随着我国交通事业的发展，城市桥梁、城市道路日益增多，公路、城乡道路以及市政道路相互之间的立体交叉、道路与河道、明渠，暗渠等水利交叉不可避免，且密度也随之加大，情况也多种多样。
而框构桥是实现这种立体交叉的最主要的结构形式之一。
框构桥也称为箱涵或地道桥。
框构桥的计算一般来说比较复杂，关于斜交桥的计算，无论国外还是国内都尚未形成完整的理论体系。
无论是理论解析方法，还是数值解析方法，都处于研究阶段。
斜交桥计算中的许多关键问题仍然认识模糊，斜交桥设计理论与方法、力学特点、构造特点、施工要点不很明确，有关规范也没有对此做出明确的条文规定。
这种现状给斜交框构桥的设计与施工带来很大的困难。
因此，目前条件下的框构桥的设计一般多按平面变形问题进行计算。
在正交情况下，这样计算一般可以满足设计要求，在斜交情况下，结构受力变形与正交情况差异很大，例如：钝角侧与锐角侧弯矩不同，顶板最大弯矩不在跨中等；故斜交框构桥的计算应考虑斜交的影响。
已有的研究成果中框构桥多数是采用平面杆系进行结构受力分析的，即用传统的结构力学结合平面杆系有限元方法进行计算，并不符合大斜交角度的结构受力特点，与实际工程效果误差较大，无法满足工程需要。
如何快速简便、准确地对既有框构桥进行结构分析，合理配置钢筋，减少甚至避免结构裂缝的产生是目前急需解决的问题。
二、工程案例分析及结论某市政工程框构桥斜跨跨径为2×11m共22m，桥梁与河道交角34度，桥宽30米。
横断面布置为7.5m（人非混行道）+15m（机动车道）+7.5 m（人非混行道）=30m。
框构桥高5m，顶板设计厚度0.6m，底板设计厚度0.6m，侧墙设计厚度0.6m。
立面平面现在很多框构桥的设计一般多按平面变形问题进行计算。
但是在斜交情况下，结构受力变形与正交情况差异很大。
本桥分别用桥梁博士与MIDAS建立平面模型及空间模型进行计算，并对两种计算方式的结果进行分析。
1、平面杆系计算使用桥梁博士3.1.0软件，按平面杆系进行分析，计算模型如下：平面杆系模型分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行结构的抗弯设计，经承载能力和裂缝宽度计算比较，由裂缝宽度来控制设计（裂缝宽度限值为0.2mm）。
（1）底板弯矩及抗弯配筋计算结果配筋配置为跨中负弯矩处为上缘为300根φ22mm下缘为300根φ16mm钢筋@10cm；在隅处正弯矩处为上缘为300根φ22mm下缘为300根φ16mm钢筋@10cm。
最大裂缝宽度0.115mm<0.2 mm，满足要求。
（2）顶板弯矩及抗弯配筋计算结果配筋配置为顶板上缘为300根φ28mm 钢筋@10cm，下缘为300根φ25mm钢筋@20cm。
最大裂缝宽度0.158mm<0.2 mm，满足要求。
（3）侧墙弯矩及抗弯配筋计算结果配筋配置为上下缘均为300根φ16mm钢筋@10cm。
最大裂缝宽度0.131mm<0.2 mm，满足要求。
2、空间有限元计算使用Midas Civil软件，采用板单元建立三维有限元模型，该模型设计河道与车行道斜交（斜交角34度），计算模型如下：1）、顶板计算结果由上图可知，顶板最大内力位置位于箱涵口端部靠近中墙处；负弯矩在端部绝对值最大，配筋根据内力情况在端部2米范围内顶板顶层钢筋设置2层钢筋。
顶板最大正弯矩Mxx=203.6 KN.M，轴力N=-871.1KN，顶板底层配φ28钢筋@10cm，计算裂缝为0.174mm<0.2 mm，满足要求。
箱涵端部2米范围内顶板最大负弯矩Mxx=-813KN.M，轴力N=-835.4KN，顶板顶层第一层配φ28钢筋@10cm，第二层配φ22钢筋@10cm，计算裂缝为0.166mm<0.2 mm，满足要求。
在箱涵端部2米以内则配一层φ28钢筋@10cm，根据最大负弯矩情况，最大裂缝为0.166 mm<0.2 mm，满足要求。
顶板横向最大正弯矩Myy=58KN.M，轴力N=842KN，（自定义坐标系，区别于单元坐标系）配φ12钢筋即可。
顶板最大内力位置位于箱涵口端部靠近中墙处，沿着横向递减，且内力值递减幅度较大，范围也越趋近于中墙，所以虽然最大裂缝为0.17、0.166，但随着横向内力分布趋势，顶板裂缝计算宽度递减程度较大，完全能满足规范要求。
2）、底板计算结果底板最大正弯矩Mxx=106.7 KN.M，轴力N=-95.7KN，底板底层配φ22钢筋@10cm，计算裂缝为0.09mm<0.2 mm，满足要求。
底板最大负弯矩Mxx=-192KN.M，轴力N=-93.9KN，底板底层配φ22钢筋@10cm，计算裂缝为0.152mm<0.2 mm，满足要求。
3）、侧墙计算结果侧墙最大负弯矩Mxx=-270.3KN.M，轴力N=-190.2KN，侧墙顶层配φ28钢筋@10cm，计算裂缝为0.136mm<0.2 mm，满足要求。
3）、中墙计算结果中墙最大内力位置位于箱涵口端部靠近顶板处，从顶板向下内力变化幅度很大，而最大值位置为顶板中墙角隅处。
中墙最大正弯矩Mxx=244.8 KN.M，轴力N=873.5KN，下层配φ22钢筋@15cm，计算裂缝为0.133mm<0.2 mm，满足要求。
中墙最大负弯矩Mxx=-232.6KN.M，轴力N=873.5KN，上层配φ22钢筋@15cm，计算裂缝为0.124mm<0.2 mm，满足要求。
中墙最大负轴力Mxx=-64.5KN.M，轴力N=-432.9KN，上层配φ22钢筋@15cm，计算裂缝为0.171mm＜0.2 mm，满足要求。
中墙与顶板角隅处Mxx=318.2 KN.M，轴力N=-1113.2KN，下层配φ22钢筋@15cm，角隅处加强钢筋φ16钢筋@15cm，计算裂缝为0.167mm<0.2 mm，满足要求。
中墙角隅处轴力变化很大，在1米范围内由-1113.2 KN变为244.8KN，此处计算裂缝时，截面尺寸与钢筋均考虑了一定的腋角尺寸。
3、两种计算结果分析对比桥博和MIDAS计算结果可知，斜交框构桥按照空间计算更符合实际情况。
与正交框构桥相比，斜交框构桥必须考虑其空间效应。
斜交框构桥受力复杂，随跨宽比、抗弯刚度、抗扭刚度、斜交角、荷载形式的不同而变化。
荷载最大弯矩方向并非沿垂直于上部线路方向，最大弯矩随着斜交的增大有从跨中向钝角部位移动的趋势。
斜交框构桥顶板在支承处应力分布很不均匀，边墙与中墙钝角角隅处出现的应力可能比正交框构桥大好几倍。
所以，对于正交框构桥来说，按照平面杆系计算，一般可以满足设计要求，但在斜交情况下，结构受力变形与正交情况差异很大，应建立空间模型进行计算。
4、斜交框构桥配筋布置注意事项1、顶板正弯矩靠近顶板钝角端，配筋时如果钢筋有变径等设计要注意避开最大正弯矩位置。
2、边墙与中墙钝角角隅处的内力与正交框构桥差距很大，对于此处配筋需要提高钢筋直径，减小主筋间距。
3、根据计算可知，框构桥端部一定范围内内力最大，需要加配主筋。
4、此外由于钝角处有较大的应力分布，应在钝角处配置加强钢筋。
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023―85)对斜板桥加强钢筋布置有明确规定：“钢筋混凝土斜板桥，当斜度大于15°时，应在钝角部位上层布置垂直于钝角平分线的加强钢筋；在钝角部位下层布置平行于钝角平分线的加强钢筋。
”5、中墙与边墙两种计算结果有较大差别，斜交框构桥中墙与边墙配筋不可能像正交框构桥一样单纯的构造配筋就能满足设计要求，需要提高主筋直径与减小主筋间距。
结束语本文主要介绍了斜交框构桥在平面杆系与空间有限元两种计算方式下分别计算，两种计算结果的分析与比较。
对斜交框构桥来说，应采用空间模型进行计算，并根据斜交框构桥的受力特征，在有限元空间分析的基础上，选择适当的钢筋布置方案从构造上予以保证的同时，施工时应认识到斜交框构桥的特殊性，制定合理的施工方案，注意现场监测。
参考文献:[1] 《公路桥涵设计通用规范》，JTG D60-2004. 人民交通出版社[2] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,JTG D62－2004. 人民交通出版社[3] 《城市桥梁设计荷载标准》，CJJ77-98.人民交通出版社[4] 《桥梁工程》，姚玲森 1996．人民交通出版社------------最新【精品】范文。
