单箱三室-梁格法问题

第8

期（总第220

期）试验研究・

基于梁格法的连续箱梁桥荷载试验有限元模拟方法研究

汤森霖

（福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建省绿色建筑技术重点实验室，福建福州350108

）

摘 要 梁格法是桥梁结构空间分析的一种有效方法。基于通用有限元软件midas civil

建立连续箱梁桥实体单元

模型及梁格模型，通过对比验证梁格法的准确性。并将梁格法应用实际静载试验中，通过实测数据验证了梁格法的有效

性。

关键词 连续箱梁桥;静载试验;有限元分析;梁格模型；实体单元模型

0引言

单箱多室箱梁整体性好、外形美观，能够适用各种线型

的公路立交以及城市立交桥。这些桥梁宽度较宽，目前常用

的有限元分析方法有梁单元法、板单元法、实体单元法以及

梁格法。梁单元法简单快捷，但无法获得桥梁响应的横向分

布。板单元法以及实体单元法计算相对精确，但计算成本大。

梁格法经济适用,分析精度较高,在实际工程中得到广泛的

应用％

基于大型有限元软件midas civil

建立某连续箱梁桥的梁

格模型及实体单元模型，通过对比验证梁格模型的准确性，

并通过桥梁荷载试验得到的实测数据进一步验证了所建立

的两个模型的有效性。

1工程背景

某工程是一座跨径为32m+36m+34m

的连续梁桥，桥面

宽度由14.78m

变化到19.2m,

桥梁中心线在半径为90m

的

曲线上，截面为等高单箱三室截面，梁高1.8m,

悬臂长为

1.5m,

桥梁设计汽车荷载为城-A

级。桥梁立面图和横断面图

见图1

、图2

。支点处三个截面作为弯矩控制截面,使用指定轴重车辆进行

加载，偏载方向在弧形外侧,荷载效率见表1

所示。在（A-A

、

C-C

以及桥墩处）布置挠度测点，在（A-A

、B-B

、C-C

）布置应

变测点。每个截面挠度、应变测点分别在腹板正下方。测点布

置如图3

、图4

所示。

表1

各工况加载内容及荷载效率一览表

工况

编号工况内容设计

理论值

/kN-m试验

理论值

/kN-m载

率

荷

效

工况一第二跨最大正弯矩650864240.99

第６卷　２００７住　第１期　２月　广州大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．６　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．　２Ｏｏ７　

文章编号：１６７１－４２２９（２００７）０１－００７９－０３　

梁格法在斜腿刚架桥结构分析中的应用　

程俭廷，张俊平　

（广州大学土木工程学院，广东广州５１０００６）　

摘要：为对小跨径变截面斜腿刚架桥进行准确而简便的分析计算，采用梁格法并通过动静我试验与有限元计　

算结果进行验证，提出在建立梁格模型时应对计算跨径和斜腿刚域进行合理的模拟，所得结果满足精度要求．　

关键词：斜腿刚架桥；梁格法；有限元；静动栽试验　

中图分类号：Ｕ　４４８．２３　２　文献标识码：Ａ　

１　背景工程概况　

东莞市红荔路梨川桥跨越东莞运河，连接　

红荔路和东莞大堤．该桥结构型式为预应力斜　

腿刚架桥，跨径为１２　ｍ＋２６　ｍ＋１　２　ｍ，截面为　

变高度单箱三室箱梁，由左右两幅桥组成，桥面　

总宽度为３０．０　ｍ，每幅各１４．９９　ｍ，双向６车　

道，双侧人行道，桥中线与运河斜交角为８５。，　

设计荷载为汽超一２０，挂一１２０，人群荷载为　

４　ｋＮ・ｍ～．该桥宽跨比为０．５８＞０．５，斜腿与　

主梁相交长度为２．１　ｍ，与中跨之比为０．０８．　

２　有限元计算模型　

２．１　梁格模型　

梁格法因为易于理解和使用，对于内力计算，　

梁格模型比板壳模型更方便，而且可以满足精度　

的要求…，因此得到较为广泛的应用．但是，梁格　

模型的建立对经验的依赖较强，尤其在虚拟横梁　

的刚度取值上可能需要反复验证，对较为复杂的　

结构必须通过试算来达到正确的模拟．　

２．２模型建立　

利用有限元程序（ＳＡＰ２０００）建立斜腿刚架有　

限元全桥模型，有限元模型采用空间梁单元，每个　

节点有６个自由度．在对箱梁进行梁格模拟时，可　

划分为４种基本状态：纵向弯曲，横向弯曲，扭转　

及扭转变形；另外箱梁中剪力滞的影响在梁格分　析中是不可忽略的＿ｌ’　，为对梁格模型进行校核，　

迈达斯梁格法讨论

1．在用桥博进行梁格法计算时，在单元的截面信息中输入的自定义抗扭惯性矩是整个纵向构件单元截面的抗扭惯性矩，还是如【桥梁上部构造性能】中所提，不包括腹板在内的仅由顶、底板构成的抗扭惯性矩？

答：我曾经对同一座简支弯桥分别用桥博单梁、梁格和MIDAS单梁、梁格建模计算进行比较分析。结果表明：1、仅考虑恒载的情况；对于梁格法，无论是桥博还是MIDAS，内力而言，四种模型计算结果弯矩结果一致（我所说的一致指误差在5%以内），程序无法提供腹板剪力流产生的扭矩，在手动计算并组合后，两种程序梁格法计算的扭矩结果一致，且均较单梁计算的扭矩略偏大，约10%左右（这应该是由于刚度模拟误差产生的），由此可以得出汉勃利对于梁格法力学理论的阐述是正确的，因此，对于梁格法，我个人的观点，其可以考虑弯扭耦合而得出较精确的弯矩并指导整体受力配筋是没有疑问的，问题在于，梁格法扭矩需修正的适用性，我们可以通过手动计入两侧腹板剪力流产生的扭矩来得到较为正确的扭矩并无异议，但对于很多情况这并不利于直接指导我们设计，比如我们需要观察扭矩包络图来判断弯桥偏心的设置时，会发现我们直接用单梁模型可以更为节省时间和精力（至少无需你去修正组合）而得到可以直接应用的数据，单梁的缺陷在于不能正确考虑各片梁实际受力的差异，但这并不影响整体的设计，比如偏心的设计，整体抗扭性能的评估，而在细节上的处理，我们需要用梁格法的计算去确保安全。

2、关于活载的情况，梁格法而言，出于分析对比，我也用桥博和MIDAS分别计算了活载下的关键截面扭矩对比，在这里就不说弯矩了，因为结果比较吻合（8%的差别）。MIDAS自定义车道比较方便，可以同时考虑多种工况，这比桥博方便许多，但需要注意的是，对于同一工况，如果你用不同的梁来做偏心实现的话，产生的内力差别很大，且用哪片梁直接导致这片梁内力变大，我用的是V6.71，不知道MIDAS2006是否没有这样的问题，为了解决这一问题，我在活载偏载于哪片梁时，采取该片梁去定义车道偏心，结果表明，两种程序计算结果比较吻合。在用单梁模型计算时，两种程序计算结果完全一致，同上面恒载的情况，单梁结果要比梁格小，这也是因为刚度的模拟误差产生的。综上所述，两点结论：1、在做整体设计时（比如设置预偏心），个人感觉用单梁模型可以较为真实反应结果的整体受力性能，梁格法可以作为一个对比验证，且其结果一般要大于单梁的计算结果。2、对于弯扭耦合突出的结构物，梁格法的计算是必须的，而且可以较为精确的反映出结构比如箱梁各片腹板的受力差异，以保证结构的安全的配筋，单梁的计算结果在此时可以作为一个对比验证，我的计算结果表示了在各参数输入正确的情况下，单梁与

第２５卷第１期　石家庄铁道大学学报（自然科学版）　Ｖｏ１．２５　Ｎ。．１　

２０　１　２年０３月ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧ　ＴＩＥＤＡＯ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ）　Ｍ　．２０　１　２　

单箱三室连续宽箱梁有效宽度分析　

马华东　

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京１０２６００）　摘要：箱梁在受弯时，横桥向存在剪力滞效应，为了在计算中应用初等材料力学方法求解，　

采用了翼缘有效宽度方法。以某实桥为背景，通过对单箱三室连续宽箱梁空间实体模型进行了　

有限元分析，计算得出了箱梁顶板及底板的有效分布宽度系数Ｐ　．ＸＺｐ，，并与规范值进行了比较，　

可为同类工程设计提供参考。　

关键词：翼缘有效宽度；连续梁；单箱三室；宽箱梁；有限元分析　

中图分类号：Ｕ４４８．２１３　文献标识码：Ａ文章编号：２０９５—０３７３（２０１２）Ｏ１—００３０—０４　

０　引言　

随着公路桥梁的发展，箱梁因其具有良好的抗弯、抗扭及整体性能，应用越来越广泛，箱梁的横向宽　

度不断增大，６车道及８车道的单箱多室宽箱梁已得到广泛应用。这种宽箱梁因腹部问距大、横向翼缘　

宽、箱壁薄等特点，在横桥向存在剪力滞效应，从而导致应力横向分布不均匀的现象。箱梁一般采用平面　

杆系程序进行，未能考虑这一问题，对截面尺寸的选定造成影响。因此，对箱梁有效宽度的分析具有十分　

重要的意义。　

１　工程概述　

昆明某在建３×３０　ｎｌ预应力混凝土单箱三室连续宽箱梁桥，箱梁高２．５　１ＴＩ，顶板宽２６　ｉｎ，底板宽ｌ９　

ｉｎ。顶板厚０．２８　ｉｎ，横隔板附近由０．２８　ｉｎ渐变为０．５３　１ＴＩ；底板厚０．２５　Ｉｎ，横隔板附近由０．２５　ｉｎ渐变为　

０．５　ＩＴＩ；腹板厚０．６　１ＴＩ，横隔板附近由０．６　ｍ渐变为０．８　ＩＴＩ，均为线性变化。支点处设开洞横隔板，边支点　

处横隔板厚２　Ｉｎ，中支点处横隔板厚２．５　ｉｎ。每个墩的支点处设双支座。箱梁横断面见图１，计算所用