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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
,在软件中,如果照途径2输入,无法直接得出截面的纵向扭矩Mx.
 
我曾经对同一座简支弯桥分别用桥博单梁、梁格和MIDAS单梁、梁格建模计算进行比较分析。结果表明:
1,仅考虑恒载的情况;对于梁格法,无论是桥博还是MIDAS,内力而言,四种模型计算结果弯矩结果一致(我所说的一致指误差在5%以内),程序无法提供腹板剪力流产生的扭矩,在手动计算并组合后,两种程序梁格法计算的扭矩结果一致,且均较单梁计算的扭矩略偏大,约10%左右(这应该是由于刚度模拟误差产生的),由此可以得出汉勃利对于梁格法力学理论的阐述是正确的,因此,对于梁格法,我个人的观点,其可以考虑弯扭耦合而得出较精确的弯矩并指导整体受力配筋是没有疑问的,问题在于,梁格法扭矩需修正的适用性,我们可以通过手动计入两侧腹板剪力流产生的扭矩来得到较为正确的扭矩并无异议,但对于很多情况这并不利于直接指导我们设计,比如我们需要观察扭矩包络图来判断弯桥偏心的设置时,会发现我们直接用单梁模型可以更为节省时间和精力(至少无需你去修正组合)而得到可以直接应用的数据,单梁的缺陷在于不能正确考虑各片梁实际受力的差异,但这并不影响整体的设计,比如偏心的设计,整体抗扭性能的评估,而在细节上的处理,我们需要用梁格法的计算去确保安全。
2.关于活载的情况,梁格法而言,出于分析对比,我也用桥博和MIDAS分别计算了活载下的关键截面扭矩对比,在这里就不说弯矩了,因为结果比较吻合(8%的差别)。MIDAS自定义车道比较方便,可以同时考虑多种工况,这比桥博方便许多,但需要注意的是,对于同一工况,如果你用不同的梁来做偏心实现的话,产生的内力差别很大,且用哪片梁直接导致这片梁内力变大,我用的是V6.71,不知道 MIDAS2006是否没有这样的问题,为了解决这一问题,我在活载偏载于哪片梁时,采取该片梁去定义车道偏心,结果表明,两种程序计算结果比较吻合。在用单梁模型计算时,两种程序计算结果完全一致,同上面恒载的情况,单梁结果要比梁格小,这也是因为刚度的模拟误差产生的。
  综上所述,两点结论:1,在做整体设计时(比如设置预偏心),个人感觉用单梁模型可以较为真实反应结果的整体受力性能,梁格法可以作为一个对比验证,且其结果一般要大于单梁的计算结果。2,对于弯扭耦合突出的结构物,梁格法的计算是必须的,而且可以较为精确的反映出结构比如箱梁各片腹板的受力差异,以保证结构的安全的配筋,单梁的计算结果在此时可以作为一个对比验证,我的计算结果表示了在各参数输入正确的情况下,单梁与梁格的总弯矩值是完全一致(我的结果对比误差不到1%)。
  最后感谢wangyingen兄弟配合我完成了模型的计算分析对比,与大家交流,希望大家都能提出自己宝贵的意见看法
 
心得续:hinricih的总结非常不错,我曾经提到过,对于等宽的窄弯桥,我认为没必要用梁格法进行计算,用空间梁单元计算足够了,只要模型正确,计算结果是完全能够符合工程要求的,并且在承载能力计算和配束的时候会非常方便,并且结果一目了然。对于变宽的或者斜度很大的特殊桥梁,进行梁格法计算是很有必要的,但是这其中辉涉及很多问题,在计算的过程中要综合考虑,否则计算结果没有参考价值。对于hinricih的总结有以下几点补充和修正,希望对大家有所帮助:
一,对于扭矩的结果,由于梁格法计算时将结构的抗扭分成了两部分来计算,即顶底板得抗扭赋予纵向梁格,而腹板对整体结构的抗扭贡献是由腹板的抗剪来体现的(腹板之间有间距,当两块腹板的剪力方向相反时,就构成了扭矩),所以在这里整体结构的抗扭和纵梁截面的抗剪就产生了混合叠加,而规范里面的承载能力计算结果是按整个截面来验算的,事实上对于抗扭由于闭合截面和非闭合截面有很大的区别,不能简单地对截面进行拆分或者叠加,因此对于抗扭配筋,应该用单梁的计算结果来进行承载能力计算配筋。而梁格的作用是计算体现了弯矩在各个腹板位置的不均匀性,因此对于较宽的弯斜梁应该按照梁格计算的结果对各纵梁进行纵向抗弯的承载能力计算和配筋。
二,对于活载的布置,假如用单梁计算,不管车道如何布置,如何进行偏载计算,对其正应力是没有影响的,因为对于单梁来说偏载的结果只是对扭矩有影响,也就是对截面的扭转剪应力有影响,对于弯矩在各腹板位置的分布不均无法体现。偏载系数的定义表明,这个系数指的是弯矩影响增大系数,目的是体现弯矩在各腹板位置不均造成的内力和正应力的分布不均,跟剪力、剪应力、扭距、反力是无关的。因此在用空间梁单元计算的时候察看不同的结果要用不同的荷载组合,这样结果才准确,察看扭转剪应力和扭矩最大的时候,要按偏载最不利工况不加偏载系数的组合,而察看正应力和弯矩结果的时候应该按照活载乘以偏载系数的组合。这一点是大家通常会忽略的。※这里需要注意的问题:对于箱梁根据《桥梁工程 中南大学版》154页的介绍,设计中只需要考虑自由扭转剪应力、弯曲剪应力,弯曲正应力、畸变翘曲正应力、横向弯曲应力,因此对于空间梁单元,如果定义了车道偏心,程序自动计算自由扭转及对应的扭转剪应力,因此查看扭转剪应力和扭矩最大、支座反力最大的时候,要按偏载最不利工况不考虑偏载系数的组合;而正应力及弯据结果查看的时候考虑到约束扭转正应力+畸变翘曲正应力,所以必须对偏载系数进行考虑。如果没有定义车道偏心直接采用的单梁计算+中心布车道,则必须考虑弯曲偏载系数及剪力偏载系数。至于主应力,由于无法直接采用一个系数体现,所以一般直接就采用了1.15计算。如果是弯桥,考虑了偏载布置车道,由于其弯扭耦合作用,弯矩会引起扭矩,扭矩也会引起弯矩,无法简单的将其区分,因为单纯偏载引起的扭矩和这一扭矩引起的弯矩不应该乘系数,所以真实结果我认为应该是介于考虑系数和不考虑系数的结果之间,可以在计算时取一个小于1.15的系数来进行分析。
对于梁格法,这个问题就更为复杂一些,应该设立多种车道工况,也就是说,对每一根纵梁进行最不利布载,也就是在规范规定的范围内将活载尽量集中的布置在某一根纵梁的位置,几根纵梁(对于箱梁就是几个腹板)需要几个车道组合,然后将这几种工况进行包络,形成一个组合,然后跟其他结果进行组合。这样就能得到每一个位置的最不利结果。
三,对于hinricih的结论2值得商榷,弯扭耦合突出的结构其实就是平面弯曲半径小的结构物,弯扭耦合突出倒不一定都要用梁格,例如弯曲半径很小的等宽窄梁桥,用单梁计算是完全可以的,也是非常方便的,另外对于弯扭耦合这个问题值得提提,通常咱们都知道,弯梁桥在恒载作用下就存在扭矩,很多人把内外侧腹板弧长不等造成的恒载不均而引起的扭矩非常看重,希望软件能够自动计算着一部分影响,除非单元是非常规单元,是那种扇形梁单元,否则单元分的再细也是无法体现这一部分影响的,事实上,在恒载引起的扭矩中,这部分引起的扭矩往往在总的扭矩中是占很小的一部分的,特别是平面弯曲半径很小的结构,几乎可以忽略不计,因为由于弯扭耦合造成的扭矩占了其中的绝大部分。
 
   对于弯梁和梁格的计算有很多讨论了,希望大家以后遇到问题多用一下论坛的搜索功能,多思考。一口气敲了这么多字,这些都是我在计算和思考过程中的到的一些结果,没有专门整理,难免有语句不通顺的地方,请大家指正吧。
 
楼上这位兄弟,关于你说的横向分割其实也是纵向梁格的划分问题,关于这个问题论坛的其他帖子都有讨论,但是这个帖子楼主想讨论的不是这个问题。只要是做梁格法计算的,你所说的纵向梁格在划分时要尽量保持划分后纵向梁格中性轴与原中性轴一致大部分人都知道,并不是别人说的都是空话,论坛鼓励讨论问题,但是希望您能注意口气。 
    关于纵向梁格的划分并非像你所说的那么严重,并且也不想你说得那样纵向梁格这样划分是为了使荷载分配准确,而是为了得到正确的应力结果。对于一般的普通钢筋混凝土箱梁计算在划分时可以不完全依照上面所说的,我们想要的结果是截面内力,只要在计算单个梁格的截面特性的时候依照原截面的中性轴来进行计算就可以了,这样计算得到的结果也是可以的,但是对于预应力梁进行梁格法计算时一定要严格按照上面所说的原则划分。

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