梁格法在箱梁橋靜載試驗(yàn)中的應(yīng)用

梁格法在箱梁橋靜載試驗(yàn)中的應(yīng)用

0梁格梁有限元分析方法在箱橋的靜態(tài)載試驗(yàn)中，更多的關(guān)注箱梁兩側(cè)的負(fù)荷和橋的閉合角度數(shù)據(jù)。在建立箱形橋模型時,主要采用三種計(jì)算方法:(1)按桿系單元進(jìn)行橋梁整體分析,該方法計(jì)算簡便,可得到橋梁整體計(jì)算結(jié)果,但不能得到兩側(cè)準(zhǔn)確的應(yīng)力和撓度數(shù)據(jù);(3)對橋梁整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維有限元離散,可求得橋梁全部的變形,但建模工作量大;(3)對箱形橋截面進(jìn)行拆分,用梁格法的概念,以工字梁模擬縱梁,用橫向單元來模擬橫向聯(lián)系,建模較為簡單,并且能得到需要的應(yīng)力和撓度數(shù)據(jù)。本文主要介紹箱梁梁格模型的建模要點(diǎn),并結(jié)合實(shí)際箱梁橋的靜載試驗(yàn)來驗(yàn)證箱梁梁格法的實(shí)用性。1箱梁法箱梁梁格就是運(yùn)用梁格法的概念來對箱梁橋進(jìn)行拆分建模,用MIDAS-Civil建立箱梁橋梁格模型時,有幾個因素需要考慮。1.1tocad中的截面把箱梁拆分成縱梁和橫向聯(lián)系幾大部分,在AutoCAD中畫好,再使用截面計(jì)算器,導(dǎo)入到設(shè)計(jì)截面中,如圖1所示。創(chuàng)建一種虛擬橫向聯(lián)系材料,密度為零,其它各項(xiàng)指標(biāo)和縱向相同。1.2抗扭曲剛性按箱梁整體截面自由扭轉(zhuǎn)剛度Ixx平攤到幾條縱梁中,可直接在截面特性表中更改。1.3選定的偏差位置在MIDAS/Civil中,單元以偏心位置點(diǎn)連接,在定義截面時要考慮偏心位置,以便確定節(jié)點(diǎn)位置。1.4橫向聯(lián)系梁橫向聯(lián)系梁截面定義為工字形截面,中間豎向桿的寬度為一個極小值,由箱梁底板、頂板和橋面現(xiàn)澆層厚度來確定尺寸。1.50#塊0#塊就是一個大的箱室,模型中看作應(yīng)變一致,即把0#塊形心點(diǎn)設(shè)為主節(jié)點(diǎn),以其余節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn),建立主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的剛體連接。1.6結(jié)構(gòu)的荷載在靜載試驗(yàn)中所得到的應(yīng)力、撓度數(shù)據(jù)皆為相對變化值,而MIDAS/Civil把預(yù)應(yīng)力當(dāng)成荷載來考慮。所有在箱形橋梁格模型中,不考慮預(yù)應(yīng)力的影響。用MIDAS/Civil建立箱形橋梁格模型最大的優(yōu)點(diǎn)是:可以直接得到腹板的應(yīng)力(應(yīng)變)數(shù)據(jù)和橋面偏載側(cè)和非偏載側(cè)的撓度數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是:它對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化,大量參數(shù)要預(yù)先計(jì)算準(zhǔn)備,工作量大,認(rèn)為偏差較難避免。2工程實(shí)例2.1主梁單箱雙室結(jié)構(gòu)虎坑大橋位于江門市新會區(qū)省道S270線上,橋面寬13m,主橋?yàn)?2.5m+80m+52.5m的預(yù)應(yīng)力混凝土箱形T構(gòu)橋,結(jié)構(gòu)如圖2所示,主梁為單箱雙室結(jié)構(gòu),采用常規(guī)掛籃懸臂澆注施工,設(shè)計(jì)荷載為汽車-20,掛車-100。箱梁頂板寬13m,底寬10.36m,頂板懸臂長度為1.32m,懸臂板端部厚10cm,根部厚25cm,中肋寬29cm,箱梁根部底板厚30cm,跨中底板厚16cm,箱梁根部高4.8m,跨中箱梁高1.8m。箱梁高度以及底板厚度按二次拋物線變化。墩頂固結(jié)處箱梁腹板厚60cm,跨中腹板厚29cm。2.2汽車加載和幾何靜載試驗(yàn)主要測試19#墩T構(gòu)在各級荷載作用下結(jié)構(gòu)的工作性能,包括順橋向各測點(diǎn)的撓度、主要控制斷面的應(yīng)力變化等。根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的等代效應(yīng)以及現(xiàn)場條件,采用4部重車進(jìn)行加載。汽車加載布置情況如圖3所示,加載順序?yàn)?0kN→251.2kN→501kN→751.2kN→1004.8kN,滿載后持荷0.5h～1.0h;卸載順序?yàn)?1004.8kN→0kN,卸載后繼續(xù)觀測0.5h～1.0h至變形穩(wěn)定。撓度和應(yīng)變測點(diǎn)布置如圖4、圖5所示,用N3水平儀觀測撓度數(shù)據(jù),用鋼弦應(yīng)變計(jì)記錄應(yīng)變變化。2.3成箱梁格法建模根據(jù)橋梁竣工圖紙和橋梁檢測報告,采用大型通用有限元軟件MIDAS/Civil分別建立19#墩T構(gòu)的桿系模型和梁格模型。桿系模型的主要功能是計(jì)算縱向抗扭剛度以及驗(yàn)證梁格模型的計(jì)算效果。梁格法建模過程:(1)根據(jù)橋梁竣工圖,在AutoCAD中畫出左右側(cè)腹板和中肋截面,考慮頂板、底板和橋面現(xiàn)澆層高度的橫向聯(lián)系梁,用MIDAS-Civil自帶的截面生成器,導(dǎo)入MIDAS-Civil中;(2)根據(jù)水下檢測報告,確定樁基深度為水下檢測報告中所提到的樁基水中長度加2m;(3)沿T構(gòu)縱向方向分成24段,以保證足夠的計(jì)算精度;(4)將桿系模型計(jì)算得到的整體箱型斷面扭轉(zhuǎn)剛度平攤到三條縱梁上;(5)修改生成截面的偏心點(diǎn)位置,以保證各構(gòu)件組裝成箱梁模型。T構(gòu)梁格模型如圖6所示,全橋共劃分為274個節(jié)點(diǎn),352個單元,MIDAS/Civil模型如圖3所示。2.4偏載側(cè)懸臂底部結(jié)構(gòu)處于彈性工實(shí)測T構(gòu)牛腿最大彈性撓度值為14.71mm,理論計(jì)算最大值為17.13mm,滿足試驗(yàn)方法要求;實(shí)測撓度荷載曲線如圖7所示,撓度基本隨荷載按線性規(guī)律變化,說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。偏載側(cè)懸臂根部腹板頂部實(shí)測最大彈性拉應(yīng)變?yōu)?9με,理論計(jì)算值為28.01με,兩者比值小于70%,不滿足試驗(yàn)要求;偏載側(cè)懸臂根部腹板底部最大彈性壓應(yīng)變?yōu)?8.75με,理論計(jì)算值為41.56με,滿足試驗(yàn)方法要求。圖8是部分測點(diǎn)的M-ε曲線,應(yīng)力(應(yīng)變)隨荷載增大基本按線性規(guī)律變化;圖9是滿載時偏載側(cè)腹板實(shí)測彈性應(yīng)變隨腹板高度變化曲線,應(yīng)變隨高度變化曲線基本符合平截面假定,表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。2.5應(yīng)變充放電撓度值靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,實(shí)測的控制點(diǎn)撓度和應(yīng)變與荷載的關(guān)系曲線接近于直線,實(shí)測控制截面的應(yīng)變沿高度變化曲線符合平截面假定,主要控制測點(diǎn)的相對殘余撓度Sp/St值較小,大部分撓度和應(yīng)變最大值均在理論計(jì)算值范圍內(nèi),說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。T構(gòu)牛腿最大彈性撓度值為14.71mm,梁格模型偏載側(cè)理論計(jì)算撓度值為17.13mm,桿系模型牛腿理論計(jì)算撓度值為18.04mm。梁格模型與桿