司海瀟

(南京博瑞杰路橋工程設計有限公司，南京江蘇 210000)

重慶市菜園壩大橋槽形梁
——板模型空間有限元分析

司海瀟

(南京博瑞杰路橋工程設計有限公司，南京江蘇 210000)

本文將結(jié)合重慶市菜園壩大橋槽型梁—板的實例工程，對其設計采用三維空間有限元分析，來研究橫梁、橋面板、縱梁及梁板剛性連接區(qū)域的內(nèi)力分布情況及變化規(guī)律。研究表明，通過有限元分析可以有效計算相關結(jié)構(gòu)受力特性與內(nèi)力分布，可以很好的模擬其結(jié)構(gòu)受彎剪作用，為橋梁的有效設計提供科學依據(jù)。本文研究結(jié)論可為類似工程提供新的研究途徑，具有重要參考價值。

槽型梁—板 結(jié)構(gòu)受力特性 內(nèi)力分布 有限元數(shù)學模型

1. 程概況

菜園壩大橋位于重慶市沙坪壩區(qū)，為橫跨長江的大型橋梁。橋梁高架橋段孔跨布置為：25m預制簡支箱梁＋3×25m現(xiàn)澆簡支槽型梁＋11×30m現(xiàn)澆簡支槽型梁（采用不同的軌道結(jié)構(gòu)形式）,橋臺后為敞口段。

槽形梁由縱梁+橫梁+橋面板組成，縱梁全長29.94m，計算跨度28.9m.，梁高為2.5m（采用彈簧浮置板處），結(jié)構(gòu)跨中截面如圖1所示。梁頂全寬外到外10.4m，梁底全寬9.044m，上翼緣寬1.5m，翼緣厚度0.35m～0.45m，腹板厚0.35m～0.65m；中橫梁高0.7m，寬度為0.6m，中心間距為3.6；端橫梁高0.7m，寬度為1.3m；道床板厚0.24m。

本文擬以槽型梁為研究對象，通過ANSYS有限元計算軟件對其進行計算，研究其靜定結(jié)構(gòu)受力特性。

2. 數(shù)模建立

建立梁、板單元模型，模型共分13014個節(jié)點，11440個單元。將縱梁、橫梁采用ANSYS中的梁單元BEAM189進行模擬，BEAM189可以體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的實際截面形狀和特性，不但具有梁單元的內(nèi)力，還可以通過截面求解泊松方程而得到梁單元的徑向和軸向應力；橋面板為板單元，采用ANSYS中的梁單元SHELL63進行模擬；整個模型為簡支結(jié)構(gòu)，橋面板與縱梁和橫梁按剛接處理。

3. 計算結(jié)果分析

3.1 縱梁

將縱梁在運營階段的扭矩以及面內(nèi)剪力分別繪于圖3與圖4。

3.2 橫梁

將橫梁在運營階段的扭矩以及面內(nèi)剪力分別繪于圖5與圖6。

3.3 中面橋板

將中面橋板在運營階段的扭矩以及彎矩分別繪于圖7與圖8。

3.4 計算結(jié)果分析

（1）由橫梁的內(nèi)力分布云圖及內(nèi)力表數(shù)據(jù)可知，跨中正彎矩比按簡支結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果稍小，而支點負彎矩比較小，表明縱梁對橫梁的約束是界于固結(jié)和鉸接支間，相當于彈性支承。

（2）由橋面板的內(nèi)力分布云圖可知，橋面板跨中截面依然具有單向板的力學特性，但在與縱梁剛接附近區(qū)域又具有雙向板的特性，數(shù)值相比跨中截面的內(nèi)力要小。

（3）對于縱梁設計，縱向強度采用平面桿系程序分析是完全可行的，但其橫向彎矩、扭矩還得借助空間分析結(jié)果，兩者差異較大。

（4）就橋面板設計，按照單向板的內(nèi)力來控制設計是完全可行。從構(gòu)造上來看，橋面板是嵌固于縱梁之中、剛接于橫梁之上，但它們之間的約束是界于固結(jié)和鉸接支間，相當于彈性支承。

4. 論

槽形梁截面縱梁與多道橫梁及整體橋面板的剛性連接，為多次超靜定結(jié)構(gòu)，在荷載和預應力作用下截面受力極為復雜，具有多向空間受力的特點，采用平面桿系分析程序無法考慮橫梁、橋面板參與結(jié)構(gòu)受力的情況，而梁-板模型剛好彌補了這一不足，可以將縱梁的彎、剪、扭效應以內(nèi)力的形式得出，這為精確有效地進行縱梁設計、配筋提供科學依據(jù)。本文研究結(jié)論可為同類工程設計提供依據(jù)。

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1007-6344（2015）12-0318-01

司海瀟（1982- ），男（漢），江蘇南京人，大學本科，工程師，主要從事橋梁設計工作。