梁格法温度\时变作用处理方法的研究

摘 要:剪力-柔性梁格法在异型及较宽桥梁结构的计算中应用十分广泛，但经过等效梁格处理的结构性能已经完全改变，尤其是纵梁与横梁相互约束，混凝土结构的温度、时变作用效应与原整体结构有很大差别。本文通过分别应用梁格法和单梁法计算连续梁桥的温度、时变作用效应，研究温度、时变作用的在梁格法中的处理方法。

关键词：梁格法，单梁法，横梁、温度作用，时变作用

中图分类号： U443.32+3 文献标识码： A

1.概述

剪力-柔性梁格法非常适用于曲线桥梁和异型桥梁的计算，它的的基本思想是将桥梁上部结构用刚度等效的梁格来模拟，当桥梁承受相同荷载时，原结构和等效梁格结构的挠曲相同，且每一纵梁的内力等于其等效的梁体的内力[1]。梁格法的基本步骤是将梁整体截面按腹板位置划分，纵向构件通过横向构件连接成整体。关于截面划分方法和横梁截面特性计算可参看文献[2]，

温度、时变作用对连续梁内力影响较大，使用梁格虽能较精确地模拟纵梁恒载的弯矩和剪力[2]，但桥梁上部结构经过梁格法等效处理后，结构从一维转换成二维。和单梁法相比，因为有横梁的存在，纵梁间相互联系和制约，梁单元的温度、时变作用效应更加复杂。为了准确计算纵梁的温度、时变作用效

应，本文以一座3×25m单箱两室的连续梁桥为例，比较梁格法和单梁法的计算结果，得出梁格法中温度、时变作用的处理方法。

2.计算模型

本文采用midas/civil软件建立单箱双室连续梁桥，桥宽12m，梁高1.5m。

2.1 截面划分

截面的划分按纵梁形心高度与箱

梁的形心高度一致，纵梁的位置与腹板相重合的原则[4]进行。可利用excel表格编制程序，任意调整惯性矩的分配。结果如下：

图1 截面划分图

2.2 有限元模型

梁格法建模方法根据文献[2]模拟纵梁和横梁，单梁法建模方法可依据文献[5]。

2.3 荷载

箱梁温度作用又分为整体均匀温差和温度梯度[3]，其取值参照规范JTG D60-2004。时变作用主要是指混凝土徐变和收缩[3]，收缩应变和徐变系数的取值参照规范JTG D62-2004。

结果分析

利用有限元模型，分别计算横梁承受温度、时变作用和横梁不考虑温度、时变作用两种情况下的纵梁单元的弯曲内力。分析梁格的纵梁内力分布规律及各纵梁内力之和，并与单梁法结果比较，探索横梁的温度、时变作用对纵梁的影响。

3.1 连续梁桥的结果分析

为使结果简洁，整体均匀温差仅示出升温变化，温度梯度仅示出正温差。混凝土收缩对内力影响很小，仅示徐变作用的结果。

3.1.1 桥梁整体升温的内力

纵向梁格受升温20℃，降温20℃，横向梁格按升温和不考虑升温作用分别计算，分析对纵梁内力的影响。结果如图2和图3。

图2横梁受升温时纵梁的内力

图3不计横梁升温时纵梁的内力

由图可知，横梁受升温与不考虑升温时的纵向梁格的弯矩值相同，说明是否考虑横梁的升温作用对纵梁的弯矩无影响。

3.1.2 桥梁正温差的内力

按规范JTG D60-2004中的值施加给纵向梁格，横向梁格按温差和不考虑温差作用分别计算，分析对纵梁内力的影响。求出各纵梁的内力之和与单梁法相较。结果如图4、图5和图6。

图4 横梁受正温差时纵梁的内力

图5 不计横梁正温差时纵梁的内力

图6 纵梁内力之和

由图可知，横梁受温差与不考虑温差时的纵向梁格的弯矩值很相近，并且各纵梁内力之和与单梁法相同，说明是否考虑横梁的温差作用对纵梁的弯矩无影响。

3.1.3 桥梁徐变的内力

梁格法考虑纵梁的徐变作用，横梁按徐变和不考虑徐变作用分别计算，分析对纵梁内力的影响。求出各纵梁的内力之和与单梁法相较，结果如图7、图8和图9。

图7 横梁考虑徐变时纵梁的内力

图8 不计横梁徐变时纵梁的内力

图9 纵梁内力之和

由图可知，横梁受徐变与不考虑徐变时的纵向梁格的弯矩值不相同，计入横梁徐变作用的纵梁弯矩之和与单梁法弯矩值相近，且纵梁内力分布与单梁法相似，均为负弯矩，说明计算纵梁的徐变内力时，应该考虑横梁徐变作用。

结论

采用梁格法计算纵梁内力时，当考虑整体均匀升温作用时，是否考虑横梁的升温作用对结果影响不大。

采用梁格法计算纵梁内力时，当考虑日照温差作用时，可不考虑横梁的温差作用对纵梁内力的影响。

采用梁格法计算纵梁内力时，当考虑混凝土徐变作用时，应该考虑横梁的徐变作用对纵梁内力的影响。

参考文献

[1]李连强，梁格法在异型曲线箱梁桥的计算分析与应用[J]，城市道桥与防洪，2008年7月7期

[2]汉勃利，桥梁上部构造性能[M]，北京：人民交通出版社，1982。

[3]邵旭东，桥梁工程[M]，北京：人民交通出版社，2007。

[4]马勇毅，剪力-柔性梁格法在midas中的具体应用[J]，中外公路第27卷第5期。

[5]刘永刚，梁格法的划分对单箱多室梁桥设计的影响[J]，山东交通学院学报第18卷第2期。