基于梁格法的曲线桥受力分析

蒋威

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆  400074)

摘要：结合工程实例，采用有限元软件Midas/Clvil建立曲线桥单梁法模型与梁格法模型，分析桥梁在恒荷载作用下的内力，并将单梁法与梁格法计算结果对比分析。

关  键  词：曲线桥；Midas Civil；梁格法

中图分类号：      文献标志码：     文章编号：

引言

随着城市建设以及交通运输的快速发展，由于对桥梁平面线性的一定需求，使得曲线桥、斜交桥等结构在桥梁建设中得到广泛应用，而曲线桥相较于直线桥具有较强的地形适应性，采用单梁模型来进行简单的近似计算往往一定的误差，而梁格法在分析曲线桥中更为有效。梁格法能够较好的模拟桥梁结构的受力性能，因此广泛应用于各类桥梁的分析中。

1  梁格法

1.1  梁格法基本原理

梁格法是应用于实际设计过程中的一种分析方法，它具有广泛的适用性，能应用于格构式结构、梁板式结构和板式结构等多种桥梁结构中，同时兼具计算快捷方便和容易被设计人员理解使用的优点，因此被广泛应用。

梁格法的基本思路是采用一个等效的梁格体系，来比拟桥梁的上部结构。等效梁格体系的各构件刚度由实际结构对应区域构件的扭转刚度和抗弯刚度等比拟。其中，实际结构的实际横向刚度比拟为等效梁格横向构件的刚度，而实际结构的纵向刚度则比拟为等效梁格纵向构件的刚度。按照等效的基本思想，在相同的外荷载分别施加到等效梁格和桥梁上部结构时，等效梁格应产生与桥梁上部结构相同的变形，等效梁格的纵横向构件各位置处的内力都应与桥梁上部结构对应位置处的内力相等。但采用杆系单元构件构成的等效梁格并不能完全准确的模拟实际结构的受力情况，其存在一定的近似性。

1.2  梁格单元划分

整体而言，一定要参照桥梁上部结构与支座状况，一般情况下，梁格划分的越密集越能更好的模拟实际结构，但随之而来的是梁格模型的建立更为复杂，所以必须寻找一个平衡点，既能反应实际结构的受力特点又不会使得梁格模型显得冗杂，所以副梁格进行有效合理的划分至关重要，

纵梁划分时，应使各纵向构件的中性轴保持一致，使得各纵向构件的中性轴与整体截面的中性轴在同一高度。也可将腹板中间直接切开的方式进行划分，这种方式较为简单，但需要通过移轴公式来使得中性轴在同一水平。

2  梁格法在Midas中的具体实现

2.1  工程概况

桥梁上部结构采用支架现浇混凝土箱梁，单箱双室结构，主梁为3x16m钢筋砼连续箱梁结构形式，箱梁顶部宽12.6m，底部宽8.6m，悬臂2.0m，箱梁中心高度（道路设计标高线处）1.2m，桥梁标准跨径16米，桥宽12.6米，现浇箱梁采用C40混凝土，其中箱梁跨中截面如图 1所示

图 1箱梁跨中截面形式

2.2  建模计算

应用有限元Midas/civil 2020 对该曲线桥进行建模分析，全桥共有98个节点及147个单元，梁格模型示意图见图 2。主梁采用梁单元进行模拟，纵向划分为3片纵梁。3片纵梁之间采用虚拟横梁提供结构的横向连接，虚拟横梁的材料性能与主梁的材料性能一致，其容重为零。

图 2主梁梁格模型图

2.3  计算结果

通过有限元分析软件MIDAS/Civil 2020利用梁格法建模分析，荷载工况计算时主要考虑了自重，铺装，人行道等恒荷载作用下，得出箱梁剪力图与弯矩图参见图 3、图 4

图 3剪力图

图 4弯矩图

2.4  对比分析

为了能够比较梁格模型与单梁模型在空间结构上的等效性，将计算结果导出到Excel中进行数据处理与分析，对于梁格模型，将3片纵梁梁格的内力进行叠加，得到梁格模型的内力计算结果。其对比结果见表 1。

表 1恒载作用下的内力比较

位置	梁格	单梁	误差比较
	弯矩（KN·m）	弯矩（KN·m）	弯矩（%）
边跨跨中	4657.56	4623.54	0.7%
中跨跨中	1580.80	1419.32	11.4%
中支点	-7927.41	-8080.46	-1.9%
位置	梁格	单梁	误差比较
	剪力（KN）	剪力（KN）	剪力（%）
边支点	-1883.90	-1875.19	0.5%
中支点	-2514.91	-2514.91	0%

比较单梁与梁格模型计算结果显示，在恒荷载作用下梁格与单梁的整体力学性能指标非常接近，最大误差为11.4%，说明采用梁格法能够准确地模拟结构的整体力学行为。

3  结  语

通过采用有限元软件建立单梁模型和梁格模型，并将两者计算结果进行对比，梁格法可以在保证各项截面特性的参数准确输人的前提下，能够比较真实地模拟结构的抗弯、抗剪等力学性能指标。与单梁模拟相比，梁格法能更准确地模拟梁的各种力学性能，达到较高的计算精度，是一种能够方便地进行结构设计、验算的有效方法。

参考文献(References)：

[1] 项海帆.高等桥梁设计理论[M].北京:人民交通出版社，2001:82-83.

 [2] 吴刚.剪力柔性梁格法应用要点探讨[J].青海交通科技,2019(5): 107-110.

[3]

玄甲强. 基于梁格法的多室混凝土箱梁桥分析方法研究[D].哈尔滨工业大学,2021.

[4] 董营,刘松. 梁格法在城市桥梁设计中的应用研究[J]. 工程技术研究,2021,6(6):210-211.

[5] 徐征,吴培关,李睿,等. 基于梁格法的弯箱梁结构受力特点探讨[J]. 公路交通科技（应用技术版）,2019(3):87-89.