梁格法在钢箱系杆拱桥仿真模拟中应用的可行性研究

许琴+耿永丰+郭丽

摘要：在下承式钢箱系杆拱桥的仿真模拟中，考虑梁格法应用所注意的因素，按照梁格法理论进行相应的仿真模拟。结合相应的工程实例，将施工监控中不同施工阶段下关键节点处的位移实测值同有限元模型中提取出来的位移理论值进行分析与对比，论证梁格法在钢箱系杆拱桥仿真模拟中应用的可行性。

关键词：梁格法；有限元；钢箱系杆拱桥；可行性研究

0 前言

在以往的工程仿真模拟中，混凝土箱梁或者T梁类桥梁中应用梁格法进行仿真模拟较多，而很少有将梁格法应用到钢箱系杆拱桥的仿真模拟中来。鉴于梁格法在工程仿真模拟中应用的实用性和简易性，因此有必要对梁格法在钢箱系杆拱桥仿真模拟中的应用进行相应的可行性研究。

1. 梁格法理论

梁格法的思路指的是将桥梁上部结构采用一个等效的平面梁格或者空间构件来模拟。将结构构件每一个区段内的抗弯刚度和抗扭刚度集中到相应的邻近等效梁格内进行分析，将纵向梁格构件的刚度等效于实际结构的纵向刚度，将横向梁格构件的刚度等效于实际结构的横向刚度。

在工程仿真模拟中，梁格法的应用是需要考虑相应的因素的。梁格的纵向杆件形心高度位置应尽量与实际结构箱梁截面形心一致。在工程仿真模拟中，横向构件的间距往往不宜超过纵向梁肋板之间的间距，这样是为了满足荷载在横桥向方向上正确的传递性。对于纵梁的抗扭刚度的计算，往往是将箱型截面的整体抗扭刚度分摊到每片纵梁上面。

2.工程实例分析

2.1工程背景

遵义市跨湘江河大桥是遵义市城市组团新南大道的重要组成部分。该桥梁起讫桩号为K1+446-9～K1+626.9，全长179m，桥梁为计算跨径156m的下承式钢箱系杆拱桥。拱圈结构采用箱形截面，主梁为钢箱梁，以钢箱梁作为系杆使结构形成无推力的系杆拱。拱圈吊下端锚固于钢箱梁底板处。拱轴线采用悬链线，拱轴线系数m=1.0，矢高h=30m，矢跨比f=1/4-2。下部结构0号、1号桥台均采用重力式U型桥台，承台桩基础。

2.2有限元模型建立

按梁格法原理，采用有限元软件Midas Civil建立该桥的空间模型，共384个节点，975个单元。计算模型见图1。

图1 有限元模型

2.3实测值与理论值比较

在该桥的施工阶段过程中，笔者参与了相应的桥梁施工监控工作。笔者选取了该桥在施工阶段过程中二次张拉完成下主梁1/8、1/4、1/2、3/4、7/8处位移实测值以及二期铺装完成下主梁1/8、1/4、1/2、3/4、7/8处位移实测值。在施工监控过程中，使用高精度水准仪测量不同施工阶段下主梁的位移值。提取了Midas civil中相对应的理论值与实测值进行比较。有限元模型中的节点号8、14、29、45、51分别对应主梁的1/8、1/4、1/2、3/4、7/8。结果如表1、表2所示。

由上述数据可知，在二次张拉完成时主梁位移在节点8处偏差最大，达到-11.86%；在节点14处偏差最小達到-4.61%。在二期铺装完成时主梁位移在节点51处偏差最大，达到-13.44%；在节点29处偏差最小，达到1.34%。

3. 结语

二次张拉完成主梁位移表1

二期铺装完成主梁位移表表2

二期铺装完成主梁位移表表2以往对于钢箱系杆拱桥的仿真模拟往往采用板单元进行分析，尽管分析的结果比较精确，但是对计算机配置要求较高，同时工作繁琐。对梁格法在钢箱系杆拱桥仿真模拟中的可行性研究有助于工程人员更便捷对此类桥型进行初步的分析与研究。

对梁格法在钢箱系杆拱桥仿真模拟中，在节点8、51处位移偏差值较大，达到-11.86%、-13.44%，有待后续进行更深层次的研究。

参考文献：

[1]戴公连李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].人民交通出版社，2001.

[2]汉勃力著郭文辉译.桥梁上部构造性能[M].人民交通出版社，1982.

[3]邱顺冬. 桥梁工程软件midas Civil应用工程实例[M].人民交通出版社，2011.endprint