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梁格分析法在斜、彎梁橋中的應用
2013-07-19 來源:筑龍網(wǎng)
近年來,隨著我國現(xiàn)代化建設的快速發(fā)展,交通運輸業(yè)蓬勃興起,高速公路、城市立交橋和高架橋13益增多,促進了大量斜、彎橋梁的出現(xiàn)。斜、彎梁橋不僅能很好地適應地形地物的限制,而且由于其結構線條平順、流暢、明快,給人以美的享受,同時,為了改善道路的線形及適應城市的街道條件,往往采用斜彎橋跨越更為合理。

  在斜、彎梁橋中,橫梁對于加強結構的整體性、加強主梁橫向聯(lián)系、改善主梁之間的荷載橫向分配性能有不可忽視的、作用。用橫粱分析法簡化粱橋空間計算就是一種可取的思路 然而在有關文獻介紹的方法中,把橫梁當作靜定結構來計算,這些方法對寬跨比較小的橋梁結構引起的誤差不太大,但對寬跨比較大的橋梁則不大適用。

  梁格分析法在考慮斜、彎梁橋彎扭耦合作用的基礎上,根據(jù)各梁的彈簧系數(shù)建立的線性方程,導出計算斜、彎梁橋各主梁荷載及內(nèi)力橫向分布影響線的基本公式,在求得的內(nèi)力影響線上橫向加載,就可求得主梁的荷載橫向分布系數(shù),從而可按直梁橋計算步驟算出主梁和橫梁的各項內(nèi)力。

  1、梁格法基本理論

  1.1 基本假定

  (1)梁橫截面各項尺寸與跨長相比很小,即可將實際結構視為集中在梁軸線上的彈性桿件;

 ?。?)平截面假定,即梁變形后橫截面仍保持為平面;

 ?。?)剛性截面假定,即梁變形后橫截面無畸變;

 ?。?)梁中截面翹曲扭轉所引起的正應力和剪應力,與基本彎曲和純扭轉的應力值相比很小,可忽略不計,只計純扭轉的影響。

  1.2 梁格分析法的力學模型

  廣義梁格法的計算模型是,將橫梁看作支承在主梁上的彈性支承連續(xù)梁(主梁即為彈性支座),同時,橫梁各支座處的彈簧常數(shù)均是變化的,基本圖式如圖1。

  

  1.3 豎向力和扭矩的線性方程組的建立根據(jù)各結點的豎向、扭矩的平衡可建立線性方程組,如式(1)

  

  1.4 主梁內(nèi)力橫向分布影響線值的計算

  利用式(1)求得各主梁的豎向反力和集中扭矩的影響線,代人各主梁縱向彎矩、剪力、扭矩的計算公式(由結構力學方法求得)或縱向影響線中的相應數(shù)值(由有限元方法求得),即可求得各主梁在計算截面處的橫向彎矩、剪力和扭矩。

  求得的內(nèi)力即為荷載P=1作用下各主梁下各主梁在所受荷載R 和 作用下的橫向內(nèi)力值,然后,利用式(2)即可求得橫向內(nèi)力影響線,這樣就可按荷載橫向分布的方法來計算了。

  
  

  式中,分別為M,Q,T對應的橫向內(nèi)力值和橫向內(nèi)力影響線值。

  由于彎扭耦合作用,各主梁分配的荷載,不僅有豎向力, 還有扭矩 。因而,一般的作法是,采用先計算豎向荷載和扭矩荷載的橫向分配(簡稱荷載橫向分布系數(shù)),再利用混合影響線在縱向加載求得總內(nèi)力;然后直接計算主梁的內(nèi)力橫向分布(簡稱內(nèi)力橫向分布系數(shù))。

  

  式中:j為計算梁號;k為車隊數(shù);2k為車輪數(shù);為主梁j在P=1作用于計算截面時的彎矩;為內(nèi)力橫向系數(shù),見式(3)。

  

  式中:j為計算梁號為荷載作用位置; 為主梁j在R=1作用下計算截面的彎矩;為主梁j在=1作用下計算截面的彎矩。

  2、計算示例

  本例采用文獻[1]中的有機玻璃模型試驗,其基本數(shù)據(jù)見表1,具體尺寸見圖2,并在有限元軟件中采用梁格法建立模型計算。

  
  
  

  3、結論

  從圖3有限元軟件梁格法建模分析的結果與有機玻璃模型試驗結果對比分析可以看出,梁格法應用于斜、彎梁橋是一種實用簡便的計算方法,又是一種比較精確的計算方法。
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