桥梁博士--梁格法计算需要注意的问题
2015-10-21 20:56:14   来源:   评论:0 点击:

梁格法计算注意事项问题:1 单箱双室箱梁截面,纵向梁格的抗扭惯性距按照书上与midas计算对比差别十倍,我是按照《桥梁上部构造性能》106页
梁格法计算注意事项
问题:1.单箱双室箱梁截面,纵向梁格的抗扭惯性距按照书上与midas计算对比差别十倍,我是按照《桥梁上部构造性能》106页中的梁3的计算,到底以那个为准?戴公连老师按照书上编程,不知道大家一般采用哪种算法?
2.对于边梁,由于质心与建立梁的节点不重合导致预应力引起横向弯矩,如何在结果中扣除,这里前提是我采用的是psc截面中的工字截面和τ截面,采用腹板中心线建立的模型,并非采用数值型。我们知道,对于对称的直线桥梁结构预应力一般不会产生横向的弯矩,如何消除划分为梁格后的这一部分的影响?
3.同样的问题出在自重身上,梁格的纵梁一般是取腹板的中心线,而实际的形心要偏离几十公分,纵梁自重应该会产生扭矩,请问是不是加偏心产生的扭距?前提是我采用的是psc截面中的工字截面和τ截面
4.对于曲线桥梁,由于内外侧弧长不一致引起自重对于截面的质心产生扭距,采用梁格法后是否因为梁格本身长度的不同,不要考虑这一因素的影响了,即不要自己添加一个均布的扭距?
5.在计算完成后采用psc截面设计功能,除了普通钢筋的估算有些单元没有通过外,其余各项验算的结果均通过,那么是否可以认为满足规范的要求了?
既然极限承载状态都已经满足了,为何普通钢筋还是提示配置不够?(对于A类预应力构件)?
 
答:对于纵向梁格的抗扭惯性矩,在论坛的关于梁格法的帖子里面我都有所论述,抗扭惯性矩的计算一定要按相关书籍中介绍的公式进行计算,否则是不准确的,因为输入的抗扭惯性矩实际上是顶底板的抗扭,另一部分抗扭由腹板来承担,因此梁格的抗剪面积也要输入准确。抗扭惯性矩本身没有统一的计算公式,因为开口截面和闭口截面的抗扭计算是相差很大的,因此在计算的时候一定要注意,对于梁格法的纵向抗扭要使得整个梁格断面的纵抗扭惯性矩与闭口箱型截面的抗扭惯性矩相等。你所说的差十倍不知道从何而来,不过要提醒你的是不要利用midas里面提供的所谓的梁格截面,也就是那种半边的梁。他的抗扭计算是按单独的开口截面计算的,不准确。
2,对于预应力的输入,要使得输入的预应力位置与整体截面中的位置一致,因此不管纵向梁格相对整体截面的位置是什么样的,只要保持预应力在整体截面中的坐标就可以了。
3,对于你所说的这个扭矩不知道是什么意思,不过,梁格法最终是为了等效实际的整体梁体,纵梁之间也有横向联系,没有扭矩是和约束的位置有关系的,因此你这条的考虑我觉得有点多虑了。
4,实际上,对于半径比较小的弯桥,引起扭矩的最主要原因是纵向弯矩耦合以后产生的扭矩,而不是由于内外弧线的长度差,长度差引起的扭矩只占其中的一小部分,并且如果用梁格法,内外侧纵梁也会体现其长度差,并且精度已经能满足要求,个人觉得没必要去增加扭矩了。
5,由于我们所说用的梁格就是建立柔性梁格从严格意义上来说并不是一个真正的空间计算,并且它也只是一个简化计算,其中的纵向弯矩等项目是可以采用的,但是有些结果是不能直接采用的,因此建议对于普通钢筋的计算还是不要采用psc截面设计功能,因为这些都是针对独立的单梁计算的。有些项目你可以直接用单根纵梁的结果来考虑配筋,但是对于抗扭等还是按整体截面来考虑吧。
 
问题续
  对于第二个问题,我觉得还是有考虑的必要。当然在实际的钢束输入中一定要按照“对于预应力的输入,要使得输入的预应力位置与整体截面中的位置一致,因此不管纵向梁格相对整体截面的位置是什么样的,只要保持预应力在整体截面中的坐标就可以了。 ”,但是需要注意的是,如果我要做单梁的分析,那么在分析抗弯剪的时候,在查看截面应力的时候就会增加一项由于预应力引起的横向弯矩引起的应力,而在实际没有划分梁格之前的截面中是没有的,这一项应该去掉,关于去掉的方式,midas工作人员说可以在psc截面验算的时候选择二维+扭距,当然对于直线桥没有问题,但是对于曲线的桥梁,实际上预应力是会产生横向扭距的,当然即使是将预应力放在边梁截面的中心同样由于弯扭耦合,也会产生扭距,因此对于弯桥而言,,如何消除这一项的影响是十分关键的.
    当然避免出现上述问题的最好办法是将梁格截面划分的合理,使得截面的质心尽量与边梁腹板中心线重合,但是感觉有些困难,毕竟还要考虑中性轴的问题。
   同样的问题”对于你所说的这个扭矩不知道是什么意思,不过,梁格法最终是为了等效实际的整体梁体,纵梁之间也有横向联系,没有扭矩是和约束的位置有关系的,因此你这条的考虑我觉得有点多虑了。“我这里讲到的扭距指得是由于建立模型的节点与质心之间不一定重合,导致产生的扭距,但是考虑到横梁的传递作用,我们可以不考虑了。
    另外从网上下载了一篇论文,中间专门提到了上面的第二个问题,请老兄帮忙看看,到底要不要考虑,我一直没有搞懂论文中的那个预应力横向的弯矩,他是怎么分离出来的?
 
答:我觉得对于梁格法的计算应该按照整体的计算来考虑,我们在等效的时候也是为了把离散以后的梁格在外界的作用下产生跟原结构相同的反应。因此,在考虑受力的时候不要把一根根纵梁单独拿出来考虑,他们并不是分离的没有关联的个体,而是由横向梁格相互联系的,例如说抗扭惯性矩,就是在考虑了剪力流的作用原理分成了腹板部分的抗扭和顶底板部分的抗扭,如果说是一个腹板的单根纵梁的话是没有腹板抗扭的问题的,因此对于预应力的横向分布,当你把梁格看作一个整体的时候,他们是对称布置的,不会产生横向的弯矩,或者说是相互抵消了,而从实际结构上如果单独拿出边梁那一部分来看,也会产生象梁格里面那样的对于腹板位置的扭矩,但这些效应对整体来说是抵消的,并且计算后你会发现这部分的弯矩,或者扭矩对于最后的应力组合结果来说是很小的,微不足道的。有限元计算本来就是一个近似的计算,会有很多假设,假设中本身就会忽略很多东西,例如说我们用单梁或者梁格根本就不考虑翘曲的作用,但是计算精度也会满足要求。因此在计算的时候应该抓大放小,有些对最后结果影响很小的东西可以不去考虑。
      另外你所附上的这篇论文里面有些说法我还是不能完全同意的,例如对于单点支撑的预应力连续弯梁,用单梁来计算并不是不能模拟,只要梁宽不要太宽,用单梁来计算是完全可以的,并且支座可以用梁单元来模拟,单点支撑的特殊性也能够体现。
 
问题:看了两位高手的讨论受益匪浅,本人最近也在做梁格法的模型,在这里把对以上问题的一点看法提出来,希望共同交流:
1、纵梁抗扭惯矩的计算一般有两种,一种是汉伯利《桥梁上部构造性能》一书提到的公式,另外一种是简化考虑把整体截面的抗扭惯矩均分到每片纵梁,我觉得第一种方法比较合适,而且,我在实际操作中发现按第一种方法计算的各片纵梁抗扭惯矩之和大概等于整体截面抗扭惯矩的一半,与书上所说相符,另一半的抗扭惯矩由边腹板的剪力提供;
2、对于边梁由于预应力钢束引起的额外横向弯矩,我认为其影响不能忽略,我的解决办法就是把形心的纵轴调整到边梁的腹板中心,形心的横轴是一定要调整到整体截面的形心高度的,并以此计算截面的特性值。这种方法对于钢束沿腹板中心配置的情况比较适用,
另外,对于计算结果的阅读,特别是在横梁位置处的结果,由于横梁的刚度很大,此处纵梁的内力左右截面并不对称,甚至产生很大的突变,不知此种情况结果应如何处理一下才合适呢?
 
 
 
 
心得:具体对于midas或桥博这两种软件而言,如果对于梁格纵向构件,其抗扭惯性矩输入的为仅由顶,底板提供的抗扭惯性矩,剪切面积输入的为纵向单元截面的腹板面积的话,经过计算后,如何提取结构的纵向扭矩,也即Mx,可以肯定的是此时midas或桥博直接读出的Mx是偏小的,即所有纵梁的mx之和与单梁模型所算得的对应截面的Mx并不相等。我验算过梁格和单梁模型,发现对于计算内力而言,MIDAS梁格建模过程中,其腹板剪切面积并没有必要精确输入,即MIDAS无法通过输入剪切面积求得腹板剪力,然后再将腹板剪力产生的扭矩与底,顶板的扭矩相加,程序直接读出来的就是顶,底板的扭矩,并不是整个构件的扭矩,要想求的整个截面的扭矩,有两种途径:1.在自定义抗扭惯性矩中输入全截面扭矩,计算直接读取MX;2.在自定义扭矩中输入顶,底板的扭矩,也即全截面扭矩的一半,计算读取mx,然后手算出由腹板剪力产生的扭矩,最后相加。
最后得出的结论是

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