基于梁格法的曲线宽箱梁支座反力特性研究

刘涛 1 刘宇坤 2

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摘要：本文以利用Midas Civil软件，以单梁多支座法、折面梁格法及空间网格法建模计算，得出3种建模方法下该桥的支反力。将梁格法与单梁法结果进行对比，求得一定曲率下宽箱梁的反力特性，最终确定桥梁设计时较为准确的支座反力计算方法。

关键词：梁格法、多支座、宽箱梁

1.前言

精确的支座反力计算结果，在计算下部结构及桩基长度时尤其重要。而曲线宽箱梁因其桥梁宽度较大且存在一定的曲率，支座设置一般为两个以上，且可能因为某些复杂原因导致支座反力不均匀等情况，这就导致支座反力计算存在一定难度。本文采用折面梁格法、空间网格法与单梁多支座法进行对比分析，确定较为准确的支座反力计算方法。

2梁格法基本理论

单梁模型中，当上部结构宽度较大时，车辆荷载偏载效应、支座横向布置等模拟会有较大误差。

折面梁格法和空间网格法采用等效梁格代替桥梁上部结构，将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于邻近的等效梁格内。

2.1折面梁格法

折面梁格模型将箱梁截面以垂直于截面主轴方向切开，保持各纵向划分梁的形心不变，并进行横向划分，将各纵向划分梁联系在一起形成一个单层的折面格构式模型。如下图1所示。

2.2空间网格法

空间网格模型将桥梁结构离散成多块板，梁的刚度等代成板的刚度，一片正交梁格就像是一张“网”。如图2所示

3 桥梁结构形式

3.1桥梁整体布置

以湖南某市政桥为工程背景，该桥梁为4×31m预应力钢筋混凝土连续箱梁。主梁采用单箱七室宽箱梁截面，边腹板斜率为1.24:1。桥梁整体在缓和曲线上，回旋参数：A=346.41m。整体布置图3所示。

图1 结构离散及折面梁格模型。图2 空间网格模型简化原理 图3 桥梁整体布置图

3.2箱梁截面

第一跨梁顶面宽为34m，第二跨梁顶面宽度从34m变化至32m，第三跨梁顶面宽度从32m变化至30m，第四跨梁顶面宽度为30m。第四跨跨中截面如下图4所示。

其他跨跨中腹板宽度不变，腹板间距从318.4cm均匀减小至261.4cm。

4.模型建立

（1）单梁模型

采用单梁模型进行模拟，采用弹性连接模拟支座。上部结构单梁模型全桥共87个节点，56个单元。如下图5所示。

2）折面梁格法模型

折面梁格模型共501个节点，750个单元。如图6所示

（3）空间网格法模型

空间网格模型共501个节点，750个单元。如图7所示。

图4 箱梁代表截面图。图5单梁模型截面示意图。 图6折面梁格法模型截面。 图7空间网格法模型截面

5.支座反力结果

为便于比较三种建模方式对应位置支座反力，将左、中、右支座反力进行对比分析。三种建模方式的支座反力如图8、9、10所示。

图8单梁模型支座反力数值表。图9 折面梁格支座反力数值表。图10 空间网格支座反力数值表

从表中可看出：

单梁模型中，0号墩支座反力大于4号墩。梁宽越大，支座反力越大，这种规律适用于单梁模型的左、中、右三个墩支座。4号墩的中支座反力比左支座反力大5.96%，比右支座反力大0.70%。这也是曲线箱梁容易发生倾覆危害的原因之一。

在折面梁格模型中，三个支座均匀布置且间距都为10m时，0、1、2号墩中支座反力明显小于左、右支座反力。从3号墩开始，中支座的反力值与单梁模型相同。从1号墩到3号墩，中支座反力逐渐增大，左、右支座反力逐渐减小。

在空间网格模型中，充分考虑了箱梁横向、竖向刚度及畸变影响。在箱梁宽度逐渐减小时，左、右支座反力与中支座反力差值越来越小。可认为，箱梁轴线对称布置的三个支座的支座反力，左、右支座距离悬臂端部小于左、右支座到中支座的距离的1/2时，三个支座的反力值大小较为接近。如果大于1/2，则左、右两支座的反力值应大于中支座反力，且随着距离增加幅度较大。

对比三种建模方式，箱梁在缓和曲线上内外侧支座反力差值受模型横向刚度影响较大。模型越准确，横向刚度分布越符合实际箱梁结构，外侧支座反力越大于内侧支座反力。

6.结论

（1）箱梁越宽，支座反力越大。

（2）曲线梁内外侧支座反力存在差别，外侧支座反力要大于内侧支座反力。

（3）单梁中支座反力大于两侧支座反力，结果不准确，在两侧支座到悬臂端距离为两侧支座到中支座距离的7/10左右时，三个支座反力值较接近；大于7/10时，两侧支座反力大于中支座反力；小于7/10时，两侧支座反力小于中支座反力。空间网格模型既考虑了横向刚度影响，又考虑了竖向刚度影响。（4）在分析计算宽度较大或者曲线曲率较大的箱梁的支座反力时，采用空间网格法更准确。

参考文献

[1]王旭. 现浇箱梁单梁与梁格法模型结果的差异分析[D]. 长安大学, 2015.

[2]蔡晓明. 梁格法在桥梁建模中的应用分析[J]. 山西建筑, 2012, 38(9):2.

作者简介：刘涛 男 (1994.6-) 河北省沧州市 工学硕士，中交路桥建设有限公司

助理工程师 从事公路、市政桥梁设计，刘宇坤，中交路桥建设有限公司 从事公路、市政桥梁设计