MIDAS CIVIL中連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)橋梁模型梁格法釋放梁端約束的簡(jiǎn)化應(yīng)用

丁 瑞，趙 劍

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

1 概 述

中國的橋梁建設(shè)已步入全新的階段，橋梁設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)技術(shù)水平也隨著時(shí)間推移不斷提高，以往多采用的平面程序在實(shí)際使用中將逐漸為三維空間空間程序所取代，通過三維的分析可以不用像二維程序那樣計(jì)算橫向分布系數(shù)，建模及后處理更加直觀。T 型梁在實(shí)際工程中廣泛采用，現(xiàn)存數(shù)量巨大，T 梁格單元?jiǎng)澐趾?jiǎn)單，基本概念清晰，受力明確，對(duì)進(jìn)一步將復(fù)雜結(jié)構(gòu)離散為力學(xué)模型及應(yīng)用力學(xué)原理解決問題很有幫助。

梁格的缺點(diǎn)在于，任一梁內(nèi)的彎矩是嚴(yán)格與其曲率成比例，而原型版任一方向上的彎矩，都與該方向和正交方向上的曲率有關(guān)，但從梁格法和較精確的方法進(jìn)行比較，可以知道從梁格法導(dǎo)出的分布彎矩所算的的彎應(yīng)力對(duì)于大多數(shù)設(shè)計(jì)要求，是足夠精確的。

2 模型簡(jiǎn)介

以某直線T 梁橋?yàn)楸尘埃瑯蛄航Y(jié)構(gòu)為3 ×40 m 簡(jiǎn)直變連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁結(jié)構(gòu)，橫向?yàn)? 片T 梁，采用預(yù)制吊裝施工，其中1#墩為墩梁固結(jié)。利用MIDAS CIVIL2011 建立模型，為了能更好的反應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能，梁格的劃分不宜過大，取T 梁縱向單元長度為1 m，截面根據(jù)圖紙建立橫隔板，每跨為5 道橫隔板。主梁材料為C50，虛擬橫梁的材料特征值容重取為0，模型采用3 車道偏心布載，車道寬度為車輪寬度。

3 梁格法(釋放梁端約束)計(jì)算

MIDAS CIVIL2011 中單元在節(jié)點(diǎn)處默認(rèn)為固結(jié)，而橋梁濕接縫是在T 梁已架設(shè)到位后，為增加T 梁間的橫向聯(lián)系而澆筑的，和預(yù)制的T 梁并非完全是固結(jié)效果。結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型是根據(jù)單元的自由度和端部約束條件建立的.利用單元端部釋放功能就可以建立單元的約束條件.可以利用單元端部釋放功能的有粱單元和板單元。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有自由度方向上都可以進(jìn)行單元端部釋放，利用PARTIAL FIXITY 系數(shù)可以形成部分連接結(jié)構(gòu)形式。如果在梁?jiǎn)卧膬晒?jié)點(diǎn)上釋放所有的旋轉(zhuǎn)自由度，結(jié)構(gòu)將形成桁架單元結(jié)構(gòu)形式。《梁格法建模注意事項(xiàng)》中介紹虛擬的橫向聯(lián)系梁之間盡量要設(shè)為鉸接(可將縱梁之間的虛擬橫梁分割為兩個(gè)單元，將其中一個(gè)釋放梁端約束。依據(jù)T 型梁橋的特點(diǎn)，在橫隔板單元中間(濕接縫處)設(shè)置節(jié)點(diǎn)，在此節(jié)點(diǎn)處釋放梁端約束My:在相應(yīng)端釋放繞單元局部坐標(biāo)系y 軸方向的彎距及Mz:在相應(yīng)端釋放繞單元局部坐標(biāo)系z(mì) 軸方向的彎距，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷取殘余的約束能力50%。模型節(jié)點(diǎn)數(shù)760，單元數(shù)1 219。在正常使用狀態(tài)下汽車荷載作用下的邊跨最不利截面最大正彎矩車輛加載見圖2，相應(yīng)的荷載效率達(dá)到0.99。

4 簡(jiǎn)化計(jì)算

簡(jiǎn)化計(jì)算即加強(qiáng)了濕接縫的連接作用，視為T 梁間為固結(jié)，不在濕接縫處釋放相應(yīng)的梁端約束，這樣模型節(jié)點(diǎn)數(shù)700，單元數(shù)1 159，節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)都有所減少，且省去了在濕接縫處釋放相應(yīng)梁端約束的步驟，也節(jié)省了程序計(jì)算時(shí)間。

5 結(jié)果對(duì)比及結(jié)論

取邊跨最不利截面處的5 片梁相應(yīng)的單元或節(jié)點(diǎn)，編號(hào)從偏載側(cè)由1 至5，分別以橋梁固有頻率、內(nèi)力、應(yīng)力和撓度值和進(jìn)行對(duì)比，見表1 ～表4。

表1 橋梁固有頻率對(duì)比

表2 內(nèi)力值對(duì)比

表3 應(yīng)力值對(duì)比

表4 撓度值對(duì)比

由表1 ～表4 可以看出，簡(jiǎn)化計(jì)算同梁格法(釋放梁端約束)相比，從一階固有頻率、內(nèi)力、應(yīng)力及撓度值比較，相對(duì)誤差很小(不足1%)，此外，筆者還進(jìn)行了支點(diǎn)最大負(fù)彎矩工況以及中跨最大正彎矩工況下相應(yīng)截面處內(nèi)力、應(yīng)力以及撓度值得比較，發(fā)現(xiàn)釋放梁端約束的模型和簡(jiǎn)化模型相比，相對(duì)誤差同樣很小，說明簡(jiǎn)化模型計(jì)算可行。

梁格法的簡(jiǎn)化計(jì)算方法建模簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)較少，節(jié)省了程序計(jì)算時(shí)間，并且數(shù)據(jù)結(jié)果與梁格法相比誤差非常小，在直線T 梁橋上可以使用簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

［1］E.C.漢勃利，郭文輝 譯，錢祖輝 校.橋梁上部構(gòu)造性能. 人民交通出版社.

［2］戴公連，李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用. 人民交通出版社.