梁格法在曲线连续箱梁桥荷载试验计算分析中的应用

总第181期

路与 汽运

161

Highways & Automotive Applications

梁格法在曲计

算

线分

连析

续中

箱的

梁应

桥用

荷载试验

邬灿1，付振涛1，肖鹏1，聂良鹏12

(1.西南林业大学土木工程学院，云南昆明 650224;.云南交通规划设计研究院，云南昆明 650217)

摘要：利用有限元单梁法与梁格法建立云南某曲线连续箱梁桥计算模型，从支反力、结构应 力、结构挠度三方面对单梁模型和梁格模型的计算结果进行对比分析，并与桥梁荷载试验实测结 果进行对比，分析这两种计算方法的准确性。结果表明梁格法的准确性比单梁法高，且可有效满 足桥梁荷载试验所需结构内力和挠度的取值，是曲线梁桥结构分析的一种有效方法。

关键词：桥梁；曲线连续箱梁桥；荷载试验；梁格法

中图分类号：U446.1

文献标志码：八

文章编号：1671 — 2668(2017)04 — 0161 — 04

对于曲线连续箱梁桥的结构计算，采用单梁法 建立模型得到的结果往往达不到计算精度，应用实 体单元建模分析可得到精确结果，但建模复杂、耗时 较长，在实际工程中应用较少。梁格法概念清晰，易 于理解，且计算结果较准确，是工程中应用较广泛的 桥梁结构分析方法。该文以云南省昆明市某互通式 立交桥B匝道第一联为例，对曲线连续箱梁桥采用 MID AS/ Civil分别建立单梁和梁格模型，对两种模 型的计算结果进行对比分析，探讨适用于桥梁结构 分析的方法。1

工程概况

昆明市某互通式立交桥B匝道第一联上部结 构为4X30 m单箱单室斜腹板预应力砼连续弯箱 梁桥，下部结构为花瓶墩，墩顶设双支座，采用直臂 式桥台，配钻孔灌注桩基础。箱梁顶面总宽9.74 m,梁高1.80 m(见图1、图2)。主梁采用C50砼，桥

图2防撞:暗外边线

1600

8 000/2

126.8/2=1 563.4836.63

---------Onn

某预应力砼连续弯箱梁桥箱梁支点截面

尺寸（单位：mm)

9cm沥青砼 面铺装采用1.5 mm聚氨醋防水涂料+ 单向二车道。铺装层。汽车荷载:城一A级，

2结构分析模型

采用MIDAS/C1V11通用有限元软件分别建立

8 000/2

防撞墙外边线

1600

! 573.13 653.8/2=1826.9

该桥单梁和梁格模型。2I

单梁模型

采用两种方法建立单梁模型，即曲线箱梁桥等 W为桥梁中心线长为4X30m的直桥模型（单梁模 型1)和曲线箱梁桥按平面曲线建立的模型（单梁模

&

图1

0081型2)。采用MIDAS/Civil建立的该桥单梁模型由 123个单元、134个节点构成（见图3)。2.2梁格模型

梁格法的主要思路是将上部结构用一个等效的 梁格模拟，将分散在箱梁每一区段内的弯曲、抗扭刚

某预应力砼连续弯箱梁桥箱梁跨中截面

尺寸（单位：mm)

度集中在最邻近的等效梁格内。梁格划分应使各部 分截面的形心轴位置与原箱梁截面的形心轴位置重

162

公路与 汽运

2017年7月

定。采用MIDAS/Civil建立的该桥梁格模型由5 个单元、78个节点构成(见图4)。

U)曲线箱梁桥等效为桥梁中心线长的直桥模型

3

(b)曲线箱梁桥按平面曲线建立的模型

图3

曲线箱梁桥单梁模型

单梁法与梁格法计算结果对比分析

3.1支反力对比分析

自重荷载作用下单梁和梁格模型计算的支反力 见表1。

kN

曲线内侧支反力

4*墩858.9872.2878.8

0*台859.3816.4823.6

1*墩2480.82379.72368.5

2*墩2002.32306.81836.4

3*墩2400.92386.12068.8

4*墩858.9813.5817.3

合，以使各纵梁弯曲时与原箱梁截面符合平截面假

表1

曲线外侧支反力

模型

0*台

单梁模型1单梁模型2梁格模型

859.3867.7873.2

1*墩2480.825.32603.6

2*墩2002.32216.12237.3

3*墩2400.92578.62586.3

模型计算的支反力

由表1可知:单梁模型1计算出的支座曲线内外 侧的支反力在自重作用下相同，不符合曲线梁桥的受 力特征;单梁模型2计算出的支座曲线内外侧的支反 力在自重作用下存在差异，但在2#墩处曲线内侧支 反力大于曲线外侧支反力，不符合曲线梁桥的实际受 力情况;梁格模型计算出的曲线外侧支反力均大于曲

表2

模型

1* 跨 L/2

单梁模型1单梁模型2梁格模型

5.125.174.97

线内侧支反力，比较真实地反映了曲线梁桥的受力特 性。说明在曲线梁桥结构分析计算中梁格法比单梁 法更准确，更能反映实际桥梁的受力情况。3.2结构应力对比分析

自重荷载作用下单梁和梁格模型计算的结构应 力见表2。

MPa

模型计算的结构应力

主梁外侧下缘正应力主梁内侧下缘正应力a2* 跨 L/22.522.532.13

3* 跨 L/22.532.512.09

4* 跨 L/25.114.7.47

1* 跨 L/25.125.175.63

表3

模型单梁模型1单梁模型2梁格模型

—10.53-10.82—10.83

2* 跨 L/22.522.532.82

3* 跨 L/22.532.512.67

4* 跨 L/25.114.765.02mm

由表2可知：单梁模型计算出的主梁跨中内外 侧下缘正应力相同，而梁格模型计算出的主梁跨中 内外侧下缘正应力相差较明显，较好地反映了曲线 梁桥中的弯扭耦合现象，说明梁格法能较准确地反 映曲线梁桥上部结构的受力性能。3.3结构挠度对比分析

自重荷载作用下单梁和梁格模型计算的结构挠 度见表3。

模型计算的结构挠度

主梁挠度值

1* 跨 L/2 2* 跨 L/23* 跨 L/24* 跨 L/2

—3.98—4.02—4.13

—3.99—3.97—4.21

—10.53—10.08—10.21

由表3可知：单梁模型计算出的主梁跨中挠度

2017年第4期邬灿，等：梁格法在曲线连续箱梁桥荷载试验计算分析中的应用163

与梁格模型计算出的主梁跨中挠度相差较小，鉴于 梁格法能较好地反映曲线梁桥的受力性能，取梁格 模型计算值更准确。

验加载米用4辆40t载重汽车排成2列，试验加载 工况（偏载）载位布置见图5。

140 140

980 360 400 , 360 980

3 000

4

桥梁荷载试验

4.1试验目的

通过对桥梁进行荷载试验，测定桥跨结构在试 验荷载作用下控制截面的应力和挠度，并与理论计 算值比较，对实际结构使用性能和工作状态作出评 价；取得关键部位的受载应力（应变）、变位等，经过 综合分析，全面评估结构性能及使用功能是否满足 设计要求，为桥梁运营提供技术依据，并为今后桥梁 维护、管理提供原始资料。4.2试验加载原则

试验工况荷载和加载位置采用荷载试验效率进 行控制。静力荷载试验效率心按下式计算：

^s = Sslal/[Sk (1+^)]

式中：Sslal为实际荷载作用下控制截面的最大内力 值;Sk为控制荷载作用下控制截面最不利内力值^ 为设计冲击系数。4.3试验加载工况

依据最不利加载原则，主桥选择边跨支点截面 最大负弯矩、边跨跨中最大正弯矩、2#跨支点截面 最大负弯矩及2#跨跨中最大正弯矩作为加载工况， 由于篇幅，仅以主桥2#跨跨中最大正弯矩截面 为例进行试验分析。应变控制截面为2#跨L/2截 面，挠度控制截面为2#跨1/4工/2、31/4截面。试

表4

测点位置

2#跨L/4处左幅边缘2#跨L/2处左幅边缘2#跨3L/4处左幅边缘2#跨L/4处右幅边缘2#跨L/2处右幅边缘2#跨3L/4处右幅边缘

满载实测 挠度/mm-0.79-1.75-1.55-133-2.59-169

图5

试验加载工况载位布置（单位：m)

0*

2*

□ 一 □口

③□ □口□ □口 ④□ □口□□ _ □

①□□口□□ ^口 ②□□口

4.4静力荷载试验数据分析

对试验加载实测值与梁格模型计算理论值进行 对比，评判桥梁结构的承载能力是否满足设计要求。4.4.1 静载试验加载效率分析

在试验加载工况下，L/2控制截面处的汽车荷 载效应为7 376 kN • m，试验荷载效应为7 149.2 kN • m，试验荷载加载效率q为0.969,满足《大跨 径混凝土桥梁的试验方法》的要求（0. 85 < q < 1.05)，荷载试验有效。4.4.2挠度分析

在2#跨跨中截面最大正弯矩工况下测试试验 跨测点的挠度值，并与梁格模型计算理论值进行比 较，结果见表4。

挠度值分析

理论计算 挠度/mm-1.46-2.43-2.13-1.98一 3.29-2.

校验系数0.520.670.690.630.750.56

残余值/mm-0.03-0.12-0.07-0.09-0.11-0.07

相对残余/ %

475744

满载实测 弹性挠度/mm

-0.76-163-1.48-1.24-2.48-162

由表4可知：在偏载作用下，主桥2#跨控制截面的各测点挠度相对残余最大为7%，小于20%，该 桥弹性性能满足设计要求。4.4.3 应变分析

主桥跨控制截面应变测点布置见图6。最 大正弯矩荷载作用下控制截面各测点应变见表5。

图6

B3

|

B4 B5

3x120

B6|

应变测点布置（单位：cm)

1

表5

测点B1B2B3B4B5B6B7B8

实测应 变值/>e305566686344

应变值分析

公路与 汽运

2017年7月

(2)荷载试验的实测值和理论计算值较吻合，

残余 相对残一3

0223一3一20

一10

0334一5一40

该桥满足设计要求。

弹性应 变值/>e335562656844

理论计 校验4061829210211283

0.750.900.800.700.670.560.550.81

算值/^e系数值/j^e余/%

参考文献：

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京：人民交通出版社，2012.

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由表5可知：试验加载工况下，控制截面各测点 相对残余均小于10%，校验系数均小于《大跨径混 凝土桥梁的试验方法》的上限1.0，说明结构弹性性 能较好，满足设计要求。

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水电学院学报，2013,34(4).

5结论

(1)梁格法的计算精度比单梁法高，更符合曲

[]CJJ/T 233 — 2015,城市桥梁检测与评定技术规范[S].[9] JTG/TJ21 — 01 — 2015,公路桥梁荷载试验规程[S].

线梁桥的受力特性，是曲线梁桥结构分析的一种有 效方法。合理地使用梁格法进行建模分析，可较准 确地计算桥梁结构控制截面的各项内力值。

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收稿日期：2017 — 03 — 04

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(上接第156页）

[]杨万理.深水桥梁动水压力分析方法研究[D].成都：西

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sponse of bridge pile foundations submerged in water [J].Journal of Bridge Engineering,2013,18(10).[]王晓伟，叶爱君.大跨度斜拉桥地震反应谱分析中计算

振型数研究[J].结构工程师，2011，27(4).

收稿日期：017 — 03 — 08

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(上接第160页）异，且桥面加铺沥青砼厚度也会不同，在加铺前需进 行全面验算，明确安全性。

5结论

该文针对30 m简支箱梁桥面维修，对桥面分

参考文献：

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山西建筑，2013,39(31).

别加铺4、10cm沥青层，通过计算得到梁斜截面抗 裂能力及正截面抗弯能力，分析加铺沥青砼后结构 的安全性。主要结论如下：桥面维修加铺4、10cm 厚沥青砼后，截面最大主拉应力明显增高，分别增加 11%、28%，加铺沥青面层会显著影响桥梁斜截面抗 裂能力；各截面最大弯矩值明显增高，增幅分别为3. 7%、9.4%左右，加铺沥青面层会显著影响桥梁抗 弯能力。

实际施工中可能会遇到各类桥梁，结构存在差

收稿日期：2017 — 02 — 26