斜弯异形梁格

异型箱梁
•
在高速公路立交及城市高架道路的分叉区段，不可避免地会出现一些 异形桥梁。由于箱梁截面具有整体工作性能好和抗扭刚度大等特点， 异形箱梁在曲线梁桥和立交匝道等方面的应用比较广泛。梁格模拟原 则如下：参考《桥梁结构空间分析设计方法与应用》—戴公连等编
箱梁梁格划分的注意要点
• 异型箱梁在进行梁格划分和计算截面特性时可以用excel或者自己编制 小程序来批量划分和计算 ，尽量使纵向梁格的截面惯性矩是相对于 整体截面的中性轴的。 因为箱梁截面的抗扭是由顶底板和腹板共同承担，因此梁格的抗剪面 积也要输入准确，就是腹板的面积 。 多室截面在梁格划分时为保证各纵梁梁格的中性轴在同一水平位置上， 可采用“设计用数值截面”对话框数值输入各纵梁梁格的截面特性， 截面特性的计算公式可查阅相关书籍 。 定义移动荷载的车道时，应尽量选择按“横向联系梁”（加载在横 向联系梁上）的方法分布移动荷载，此时应将所有的横向联系梁定义 为一个结构组，并在定义车道时选择该结构组。
T梁格理论要点
• T梁计算前应先对有效宽度进行计算，结构翼板拟定尺寸时尽量控制 在有效宽度范围内。――有效宽度计算参考规范《公路钢筋混凝土 及预应力混凝土桥涵设计规范》P16，4.2.2条。 • 对于非密排的T梁，可取单个T梁为一个纵向梁格。若T梁未设横隔板 则纵向弯曲由T形截面承受，横向视为通过翼板连接的板条。 • 梁格网格的划分以最能反映上部结构的结构性能为好。没有跨中横 隔板的横向梁格，其间距可以任意选择，一般约取有效跨径的 1/4～1/8；如有横隔板则必须在横隔板处设横向梁格。 • 当横向构件仅代表薄板，由板内横向扭矩引起纵向构件弯矩的不连 续性是微小的，设计弯矩取节点两侧弯矩的平均值；若横向构件代 表具有足够抗扭刚度的横格梁，则纵向弯矩的不连续性是较大的， 设计弯矩应该取节点两侧的不同值。
基本原理
•
•
•
梁格划分的一般原则
• 梁格的纵、横向构件应与原构件梁肋（或腹板）的中心线相重 合，通常沿切向和径向设置。 • 每跨至少分成4～6段，一般应分成8段以上，以保证有足够的 精度。 • 连续弯梁的中间支承附近因应力变化较剧烈，故一般应加密网 格。 • 横向和纵向构件的间距必须接近，以使荷载分布较敏感。 • 为准确计算动力特性和配合悬臂部分的荷载计算，有时应在悬 臂端部设置纵向构件。 • 纵梁之间的虚拟横梁应根据横向连接的刚度情况设为铰接或刚 接或有刚度的梁单元。 • 对于多肋式桥梁，梁格法的计算模型与实际结构较接近，对于 箱型截面，有一定差距。
•
•
•
桥梁抗震分析与设计
抗震设计
• 随着《铁路工程抗震设计规范》的发布、《公路工程抗震 设计规范》、《城市桥梁抗震设计规范》新规范的制定， 工程师急迫需要具备桥梁抗震分析与设计的能力。 • 重大工程的动力灾变 • 根据三阶段抗震设计的思想： “小震不坏”—小震下结构处于弹性阶段，主要是结构的 强度验算，具体包括桥墩抗弯抗剪验算、 盖梁的正截面抗弯和斜截面抗剪验算； “中震可修”—中震下延性构件可损伤，主要验算支座连 接处的位移以及桥墩的塑性转角； “大震不倒”—结构处于弹塑性工作阶段。
• 梁格法－－宽桥
• 板、实体单元混合的方法－－翘曲、畸变
• 单根曲梁模型，优点:简单，缺点：几乎所有类型的梁单 元都有刚性截面假定、因而不能考虑桥梁横截面的畸变， 总体精度较低。 • 实体单元、板单元模型，优点：与实际模型最接近， 不需要计算横截面的形心、剪力中心、翼板有效宽度，截 面的畸变、翘曲自动考虑；缺点：输出的是梁横截面上若 干点的应力，不能直接用于强度计算；不能直接考虑预应 力问题。 梁格法，优点：可以直接输出各主梁的内力，便于利 用规范进行强度验算，整体精度能满足设计要求。缺点： 它对原结构进行了面目全非的简化，大量几何参数要预先 计算准备，如果由计算者手工准备，不仅工作量大，而且 人为偏差较难避免
抗震实例
• 1972年12月23日，尼加拉瓜首都马拉瓜发生强烈地震，市中心511 个街区成为一片废墟，惟独屹立着林同炎建造的一座18层，61m高， 四筒相连的钢筋混凝土结构——美洲银行大厦。就在大厦前面的 街道地面,却呈现上下达1/2英寸的错动,如此奇迹,轰动了全球。 如今这座建筑被认为是抗风抗震设计的典范，因为它非常好地兼 顾了地震和风对结构作用时的相互影响。 美洲银行大厦设计采取框筒结构，这种结构和一般结构不同， 具有刚柔相济的特点：在一般受力情况下，建筑物有足够的刚度 来承受外力；而当受到突如其来的强烈外力时，可由房屋内部结 构中某些次要构件的开裂，使房屋总刚度骤然减弱，从而大大减 少对地震力的承受。这种以房屋次要构件开裂的损失来避免建筑 物倒坍的设计思想，突破了一般常规的思维框架，突破了以刚对 刚的正面思维模式，从而创造了世界上少有的奇迹。 林同炎,福建福州人，毕业于唐山交通大学（现西南交通大 学），美国科学院院士,"预应力混凝土先生",著名桥梁专家.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
斜板桥的计算要点：
• • •
斜梁桥的计算要点：
建模方法 • 对斜交桥梁多用梁格法建立模型。可用斜交梁格或正交梁 格来建模。对于斜交角度小于20度时，使用斜交梁格是非 常方便的。但是对于大角度的斜交桥，根据它的荷载传递 特性，建议选用正交梁格，而且配筋时也尽量沿正交方向 配筋。
斜交梁格与正交梁格
斜交空心板桥支点反力
• 恒荷载。实际弯桥的外侧自重要比内侧自重稍微大一 些，但对于单梁模型无法自动考虑内外侧自重差异的； 此时，可通过认为施加偏心均布荷载来处理。
弯桥的分析
• 截面实际重心位置外偏导致的扭矩 －－手动加载。 • 离心力：首先进行一般的移动荷载分析，在后处理利 用“移动荷载追踪器”功能获得某项结果的最不利加 载位置和荷载，然后按照规范公式计算离心力系数， 将其与最不利荷载相乘，用梁单元荷载中集中荷载方 式(局部坐标系)加载到最不利加载位置。 离心力：因为离心力不考虑冲击的影响，而程序中提 供的最不利荷载中包括了冲击系数，所以在将离心力 系数与最不利荷载相乘时应除以(1+u)。
纵横梁划分 A：纵梁划分（注意箱梁的划分） B：横梁划分（横隔梁和虚拟横梁）
虚拟横梁的模拟示意图
斜桥分析
斜桥介绍
• 桥梁设计中，会因为桥位、线型的因素，而需要将桥梁做 成斜交桥。斜交桥受力性能较复杂，与正交桥有很大差别。 平面结构计算软件无法对其进行精确的分析，限制了此类 结构桥型的运用。
l
斜交空心板桥扭矩图
弯桥分析
弯桥介绍
弯梁桥在现代化的公路及城 市道路立交中的数量逐年增 加，应用已非常普遍。尤其 在互通式立交的匝道桥设计 中应用更为广泛。 目前出现了很多小半径的 曲线梁桥，特别是匝道桥梁 更是如此。此类桥梁具有斜、 弯、坡、异形等特点，给桥 梁的线型设计和构造处理带 来很大困难。
弯桥的分析
5.结果处理
• 竖向弯距增大系数－－1.15。 • 支座反力：双支座位置要避免其中的支座反力很小， 甚至出现负反力，导致支座脱空。引起这种现象的 主要有两个荷载：自重、预应力。 • 荷载组合－－支座部分脱空（温度） • 支座预偏心的设置原则－－在边支座不出现拉力的 情况下，保证每跨的正负扭矩分布均匀，而并不是 为了把联端支反力调为接近。
• 多支座模拟。对于多支座的情况利用单、双支座的方法会 导致反力结果误差较大。因弹性连接（刚性）在程序中是 一种刚度较大的梁单元，传递荷载时，也会发生微小变形， 与平截面假定不符。此时，应在实际支座的顶、底位置分 别建立节点，支座底部节点采用一般支承约束（约束D-AL L），利用弹性连接（一般）来模拟支座（输入相应方向 的刚度值与Beta角），支座顶节点和主梁节点通过刚性连 接来连接。 弹性连接（刚性）施工阶段可激活钝化，刚性连接不可以； 但是刚性连接的自由度可选。 • 节点局部坐标轴－－加边界条件和查看反力。
l
斜桥的分析
• • • • • 斜桥分为斜板桥和斜梁桥。均可采用梁格法与实用计算方法进行计算校核。 《公路桥涵设计通用规范》规定，当斜度（桥轴线法线与支承边的夹角）小 于15°时，忽略斜交，取板的斜长为计算跨径，按正板进行计算； 简支斜板的纵向主弯矩比跨径为斜跨长的矩形板要小，并随斜交角的增大而 减小，但是横向弯矩却比正板大得多，尤其是跨中横向弯矩； 钝角部位的角平分线垂直方向上，将产生接近于跨中弯矩值的相当大的负弯 矩，但分布范围较小； 相对于正板而言，斜板的支座个数越多，反力越集中于钝角。但是采用弹性 支承可使斜板的支承反力分布趋于均匀；支承边增加支座，对支承边的横向 弯矩有较大影响； 自由边的扭矩不可忽略。 斜梁桥是由纵梁和横梁组成的斜格子梁桥，纵梁与横梁可正交，也可斜交。 受力特点类似于斜板桥。
不同连接方法反力结果
弯桥的分析
4.单梁方法施加荷载注意要点 • 预应力荷载。弯桥的预应力钢束线型是较复杂的空间 线型，不仅有竖向弯曲，而且还有横向弯曲。根据钢 束布置形状的特点选择不同的钢束坐标轴类型。 将坐标轴类型选择“曲线”或“单元”，就可以把弯 桥当作直线桥来输入预应力钢束的形状，无需考虑y坐 标值。建议采用曲线。
•
弯桥自重弯矩与扭矩
定义支座局部坐标轴
弯桥的分析
3、单梁方法的建模要点 • 用AutoCAD建好模型，导入Civil程序。注意曲线要断成 一段段Line线或Pline线，每一段Line线代表一个单元。 • MIDAS/Civil程序中直接建立曲线单元。利用桥梁中心线的 控制点坐标，在civil中直接建立曲线，然后分割生成多个 线单元。此方法建模快捷、精度高，建议使用。 • 双支座的模拟方法－－在支座位置建立节点，然后用“弹性 连接”里面的“刚性”（或者“刚性连接”）把该节点和主 梁上的节点连接起来。建议前者。 • 偏心单支座的模拟方法和双支座的模拟方法一样，当要调整 预偏心可用“移动节点－任意间距、任意方向”的功能，这 样比较方便。
MIDAS/Civil 软 件 培 训
吴志勇
北京迈达斯技术有限公司成都分公司 2005年8月