基于m idas civil與按規(guī)范鉸接板梁法對(duì)預(yù)應(yīng)力砼空心板影響線的對(duì)比分析

孫巧榮李嘉欣

(1.揚(yáng)州大學(xué) 水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)(2.揚(yáng)州大學(xué) 建筑工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

一、研究實(shí)例與對(duì)象分析

(一)研究實(shí)例

以橋長(zhǎng)13m，橋?qū)?*125mm，的簡(jiǎn)支梁預(yù)應(yīng)力空心板砼橋梁為研究對(duì)象。

圖一 橋梁橫截面圖

(二)研究對(duì)象

“橋梁工程”學(xué)科主要是研究橋梁的受力分析，這其中“分布系數(shù)”是一個(gè)重要的指標(biāo)，由于此次對(duì)比的是“鉸接板梁法”和“midas civil的空間梁板法”。“鉸接板梁法”對(duì)于縱向分布系數(shù)的計(jì)算是通過假設(shè)從而簡(jiǎn)化而得到的，而且對(duì)于橋梁的設(shè)計(jì)中就是以橋跨1/4跨處分項(xiàng)系數(shù)代表全跨系數(shù)的。所以本篇論文僅針對(duì)上述實(shí)例橋梁邊板的橫向分布系數(shù)進(jìn)行兩種方法的對(duì)比。［2］。

二、m idas civil計(jì)算橋梁橫向分布系數(shù)

(一)建模過程

1.材料的定義

選定“模型”點(diǎn)擊“材料與截面特性”，再點(diǎn)擊“材料”出現(xiàn)“材料與截面”界面，添加兩種材料“C40混凝土”與“虛擬橫梁材料”(虛擬橫梁材料就是通過調(diào)整材料屬性使得材料的容重為0)。

圖二 材料定義界面

2.截面的定義

將橋梁的截面分為“中板”，“左邊板”，“右邊板”在CAD中畫好后保存成DXF形式文件，在midas civi l的“工具”中打開“截面特性值計(jì)算器”打開DXF文件后，形成面域，計(jì)算面域的特性值并保存［2］。

在midas civi l 中打開保存的文件，進(jìn)行截面的具體的操作，輸入截面的扭轉(zhuǎn)慣性量，以及截面的偏心距。之后輸入節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并連接節(jié)點(diǎn)形成單元，建立好圖三的模型。

圖三 建立橋梁模型

3.邊界條件的定義

首先定義的是支座的邊界條件:一端固定，一端可動(dòng)。其次定義的是虛擬橫梁之間的連接方式:鉸接。

圖四 建立邊界條件

4.車道活載的定義

根據(jù)規(guī)范定義雙向二車道的二級(jí)路，四車道的布置為:距離人行道50mm，再距離第一個(gè)車道的180mm，再距離第二個(gè)車道的130mm，再距離第三個(gè)車道的180mm。

圖五 建立車道活載

(二)結(jié)果分析

將建模后的橋梁運(yùn)行后，得出模型的分析結(jié)果，可以得出橋梁的支座反力圖、車道荷載包絡(luò)圖、位移圖等結(jié)果圖。

圖六 支座反力的結(jié)果分析

圖七 車道荷載包絡(luò)圖

圖八 位移圖

根據(jù)圖八的跨中梁截面撓度Dz值匯總成表，并轉(zhuǎn)換成橫向分布系數(shù)。

根據(jù)跨中擾度計(jì)算得一號(hào)邊板的橫向分布系數(shù)為0.474

三、手算法計(jì)算橋梁橫向分布系數(shù)

手算法主要依據(jù)鉸接板梁法進(jìn)行計(jì)算［3］，其計(jì)算步驟為:1.計(jì)算橋面板的自重以及鋪裝層的每延米的容重計(jì)算所得;2.將總每延米的容重平均分配到各個(gè)橋面板上;3.計(jì)算空心板的扭轉(zhuǎn)慣量;4.根據(jù)公式計(jì)算得出橋梁的指標(biāo)，通過查表運(yùn)用直線內(nèi)插法計(jì)算得出影響線［4］。

圖九 一號(hào)邊板的影響線

計(jì)算一號(hào)板的汽車荷載橫向分布系數(shù):1/2(0.271+0.201+0.151+0.114)=0.3685

四、手算法與m idas civil的結(jié)果比較

對(duì)上述兩種邊板影響線計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)0.474和0.3685的差異是有的。

1.“鉸接板梁法”的誤差是存在的，比如計(jì)算扭轉(zhuǎn)慣量是通過相似的簡(jiǎn)化截面來計(jì)算的，所以和計(jì)算機(jī)的結(jié)果是有差異的。

2.“midas civil”利用虛擬橫梁法來定義橋梁板［5］之間的鉸接和“鉸接板梁法”定義的鉸接是有所不同的，本次實(shí)驗(yàn)的橫梁厚度是與邊板翼緣厚度一致的，勢(shì)必會(huì)與實(shí)際有偏差。

“鉸接板梁法”和“midas civi l”的優(yōu)劣勢(shì):

1.“鉸接板梁法”是嚴(yán)格按照規(guī)范來求解的，所以計(jì)算結(jié)果一定是符合規(guī)范的，但是過程較復(fù)雜;而且是通過直線內(nèi)插法計(jì)算影響線的，一定存在著誤差;延梁長(zhǎng)方向的影響線是假定的。

2.“midas civil”利用計(jì)算機(jī)的空間梁格法，可以得出空間的彎矩圖，省略了求影響線而得出包絡(luò)圖這一過程;而且受力分析結(jié)束后可以直接通過橋梁設(shè)計(jì)來布置鋼筋，步驟較為簡(jiǎn)便。但是計(jì)算機(jī)畢竟只是模擬仿真，它設(shè)置的鉸接方式和現(xiàn)實(shí)條件存在差異。

［1］邱順冬.橋梁工程軟件m idascivil應(yīng)用工程實(shí)例［M］.北京:人民交通出版社，2010:14-17.

［2］楊忠，高峰，劉義河，陳維.手算法橫向分布系數(shù)的計(jì)算分析 ［J］.湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，20(3):89-91.

［3］楊忠，高峰，劉義河，陳維.手算法橫向分布系數(shù)的計(jì)算分析 ［J］.湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，20(3):89-91.

［4］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTGD60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［5］姚玲森，項(xiàng)海帆，顧安邦.橋梁工程.北京:人民交通出版社，2008，128-140.