上承式拱橋橫向連接對結(jié)構(gòu)受力的影響

黃碩

摘要：為了探究不同橫向連接方式對上承式混凝土拱橋結(jié)構(gòu)受力的影響，利用Midas/Civil有限元軟件的梁格法對濱湖大橋進行了建模分析，通過變換不同的橫向連接方式和橫梁剛度分析了主拱受力的變化，結(jié)果表明：采用梁格法建模，能夠考慮到受力的整體性，更接近實際情況；拱橋的橫向連接剛度決定了荷載橫向分布的規(guī)律，橫向連接的剛度越大，荷載橫向傳遞作用程度越大，各片拱肋所承擔(dān)的荷載也越平均；橫梁剛度由其截面慣性矩和材料決定，在變換橫梁剛度時，可通過這些因素實現(xiàn)調(diào)整。

Abstract： In order to explore the influence of different transverse connection modes on the Mechanical Performance of deck reinforced concrete arch bridge， the modeling of the Lakeside bridge was conducted by using grillage analytical method of Midas/Civil finite element software. The Mechanical Performance of main arch was studied by changing the different transverse connections and the rigidity of the beam. The results show that the integrity of the force could be taken into account by using the grillage analytical method， which was closer to the actual situation； The transverse rigidity of the structure determines the law of its lateral load distribution， the greater the lateral contact rigidity， the more obvious the effect of lateral load transfer， and the more uniform the load of the main beam. The rigidity of the beam was determined by its moment of inertia and material. When the rigidity of the beam was changed， it could be adjusted by these factors.

關(guān)鍵詞：上承式鋼筋混凝土拱橋；梁格法；荷載橫向分布系數(shù)；橫梁剛度

Key words： deck reinforced concrete arch bridge；grillage analytical method；transverse load distribution factors；transverse beam rigidity

中圖分類號：U445.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0127-03

0 引言

常見的橋梁大多是由多片主梁組成的空間結(jié)構(gòu)，受力比較復(fù)雜，過去受制于有限的計算能力，引入“荷載橫向分布系數(shù)”這一概念[2-4]，把空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題來解決，實現(xiàn)了計算分析的簡單化，也基本能達到工程要求，但這種方法誤差仍然較大。隨著計算機和數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，利用有限元分析軟件對橋梁整體結(jié)構(gòu)進行仿真分析已在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。。

當(dāng)由多片梁或板組成的橋梁結(jié)構(gòu)受荷載作用時，主梁的受力會隨著荷載沿橫向作用位置的不同而不同，即荷載沿橫向傳遞的程度不同，進行計算分析時，往往借助于荷載橫向分布系數(shù)的概念把空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題進行計算，目前，我國常用的簡化理論計算方法有[2]：杠桿原理法、剛性橫梁法、鉸接板（梁）法及剛接板法等。杠桿原理法是將橫向結(jié)構(gòu)看成是各個主梁上斷開且梁端擱置在主梁上的簡支梁，適用于橫向聯(lián)系較薄弱的橋梁；剛性橫梁法則是假定橫向聯(lián)系剛度極大，忽略了主梁抗扭剛度的影響；鉸接板（梁）法顧名思義就是將各個主梁的橫向聯(lián)系視為只傳遞剪力不傳遞彎矩。因此，在實際工程計算分析中，無論采用哪種方法進行計算都存在一定的誤差。

近年來，國內(nèi)外開發(fā)了很多有限元軟件，使得橋梁的整體空間分析有了更多選擇。其中，梁格法就是一種實現(xiàn)對橋梁整體空間分析的有效實用方法[5，6]。這種方法將直接離散的有限單元法和工程近似分析方法相結(jié)合，和簡化計算方法相比，整體精度更高。其主要思路是用一個等效梁格來模擬橋梁的上部結(jié)構(gòu)，將分散在梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi)。將實際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，而橫向剛度則集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)。從理論上要求當(dāng)原型實際結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的等效梁格承受相同荷載時，兩者的撓曲變形應(yīng)恒等，同時在任一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭矩應(yīng)等于該梁格所代表的實際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力。但是由于實際結(jié)構(gòu)和梁格體系有著不同的結(jié)構(gòu)特性，上述“等效”的理想狀況是難以完全達到的，只能作到近似模擬，因此，梁格法在實際應(yīng)用的關(guān)鍵就在于如何實現(xiàn)“等效”。

本文針對濱湖大橋，利用Midas/Civil有限元軟件的梁格法進行了建模分析，通過變換不同的橫向連接方式和橫梁剛度分析了主拱受力的變化，得出了橫向連接對結(jié)構(gòu)受力的影響規(guī)律，并明確了使用Midas/Civil有限元軟件梁格法進行結(jié)構(gòu)受力分析時，調(diào)整橫向聯(lián)系剛度的具體方法。endprint