梁格法在箱梁结构中的实践研究

【摘 要】随着交通通行量的增大，桥梁箱型横截面越来越宽，普通的平面计算方法已不能满足计算精度的需要，这就出现了一种新的计算方法―梁格法，该方法计算精度能够满足设计需要。本文对梁格法的性能特点、研究现状和工程应用做了初步探讨，并提出了梁格法的未来发展现状。

【关键字】梁格法，箱梁结构，连续箱梁

1前言

在桥梁建设中由于箱型截面梁构件其简洁的外形和良好的抗弯、抗扭性能，成为梁桥设计时常用的截面形式，尤其是在中等以及大跨径预应力混凝土弯桥设计中，大多数时候截面形式为箱梁结构[5]。

随着箱形截面桥梁跨度的日益增大，以及对薄壁结构研究的深入，箱梁截面扭转、畸变的影响越来越受到工程人员的重视。工程实践，还是理论研究都表明，箱形截面桥梁在偏心荷载作用下横截面受力的复杂性是不容忽视的。在一些箱梁桥中经常看到某些横截面因较大的扭转畸变作用而产生明显变形，严重影响了桥梁的正常使用性能。其中箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移，可分成四种基本状态：纵向弯曲、横向弯曲、刚体扭转及扭转变形（即畸变）如图1所示。

通行量的要求增大了桥面的宽度，这时普通的平面计算已经不表现在梁格各构件的刚度上。虽然梁格法不能像实际箱梁结构中内力与位移一样保证是连续的，但是梁格法有相对节省计算和时间的优点，精度也能够满足设计要求，所以这种方法在分析箱梁结构过程中得到了广泛的应用。在能够满足要求，必须通过空间分析才能得到合适的解决。梁格法也就是在这样情况下诞生的，其主要分析

思路，是用一个等效梁格来代替其上部结构。实际箱梁桥与比拟梁格之间的等效关系主要

2梁格法的特点

梁格法是由莱特福（Liythgoot）和绍柯 （sawko）于六十年代首先提出，其实质是一种借助计算机分析桥梁上部结构的一种有效实用的方法。梁格分析法的主要思路，是用一个等效梁格来代替其上部结构，其理论是把桥梁上部结构模拟成由纵梁、横梁等组成的梁格体系，然后将采用空间杆系的计算方法及原理对其进行计算，在计算过程中根据梁格体系的特性及受力特点，对空间杆系的计算方法进行适当修正，使之能充分反映桥梁实际的受力情况。等效简图如图2所示。

实际箱梁桥与比拟梁格之间的等效关系，主要表现在梁格各构件的刚度上。因此，等效梁格的物理意义就是假定把分散在箱梁桥上部结构每一部分的弯曲与扭转刚度集中到最临近的梁格内，即实际结构的纵向刚度集中到梁格纵向构件内，横向刚度则集中到梁格的横向构件内。理想的梁格刚度应该是当箱梁桥上部结构与等效梁格承受相同荷载时，它们的挠曲相等，而且在每一梁格内的弯矩、扭矩、剪力均等于它所代表的那一部分上部结构的内力。但是由于等效梁格与实际结构有着不同的受力特性，上述“等效”的理想状况是难以达到的，故这个模拟只能是近似的。但是，梁格法广泛应用于不同的结构，而且有相对节省计算和时间的优点，精度也能够满足设计要求，所以这种方法在分析箱梁结构过程中得到了广泛的应用。

3箱梁桥国内外研究现状

箱形截面梁由于其简洁的结构外形和良好的抗弯、抗扭性能，成为梁桥设计时常用的截面形式，特别是在中等跨径和大跨径预应力混凝土弯桥设计中，其截面基本上都是采用箱形结构。70年代我国公路上开始修建连续箱梁桥，到目前为止己建成了多座连续箱梁桥，如一联长度1340m的钱塘江第二大桥（公路桥）、全长2070m的厦门大桥等。

箱形截面能适应各种使用条件，由于箱梁受力的复杂性，其研究方法也是多种多样的，但概括起来大体可以分为两大类，解析法和数值法。其中解析法的具体思路是：先假设位移模式，有了位移后，可求得截面各点的应变和应力。在此基础上，用力的平衡条件和变形协调条件或根据变分原理建立控制微分方程；解微分方程，求得应力和位移。我国学者也在箱梁分析的解析法方面做了大量的研究工作。李国豪教授在文献[1]田中从分析箱梁板微元的变形和内力出发，运用能量变分原理演出挠曲与扭转时的静力平衡微分方程，黄剑源教授在文献[4]中对薄壁箱梁结构的扭转问题做了详细的分析，福州大学结构工程研究所受交通部委托，近年来对箱形梁的受力性能进行了计算分析，同济大学张士铎教授在文献[2]中采用能量原理推导畸变微分方程，铁道部大桥局设计院秦顺全应用广义坐标法分析了钱塘江二桥的约束扭转效应，并提出箱梁扭转分析时横隔板的简化计算法，并在文献[3]中把广义坐标法的基本原理和结构东北林业大学硕士学位论文分析中的矩阵位移法相结合，能毫无困难的分析任意室数和截面形状的箱梁，解决了广义坐标法只能解决具有两个对称轴的箱形截面的扭转问题。

4梁格法的工程应用及展望

梁格法的工程应用很多，其中，国内的有青岛的铁港立交桥、福建的海沧大桥西航道桥、陕西的黑河大桥、山东的济南北园路立交桥，国外的比较有代表性的有日本的青森大桥、美国的Linn Cove Viaduct 大桥、法国的让那威利埃桥等等。

随着现代化建设的快速发展，便利的交通势必成为其重要的环节，由于我国地理环境的客观条件，桥梁则成为跨越天然或人工障碍物的必要建筑物。然而，由于许多方面的要求，如：线形的选择、通行量的要求和美观上的需要等，连续结构的箱形截面已日益成为桥梁上部结构的最佳选择。梁格法在计算分析箱梁结构中有相对节省计算和时间的优点，精度也能够满足设计要求，所以这种方法在工程应用中势必会得到了工程设计人员的青睐。

参考文献：

[1] 李国豪.桥梁与结构理论计算.上海：上海科学技术文献出版社，1983

[2] 张士铎.桥梁设计理论.北京：人民交通出版社，1984

[3] 秦顺全.分析箱梁扭转的矩阵位移法.桥梁建设.1994

[4] 韩皓，李彬，瞿而仁.曲线箱梁桥横隔板的加劲作用研究.合肥工业大学学报（自然科学版）.1999（4）：52一56

[5] 霍航鹰.关于连续箱梁的探讨.黑龙江交通科技.2003