T梁梁格分析.doc

T梁梁格分析

北京迈达斯技术有限公司
2007年8月

目 录

1. 综论 1
2. 梁格法基本原理 1
3. T梁格理论要点 1
4. 模型实例 2
4.1 结构概述 2
4.2 计算参数 2
5. 建模内容及重点关注 3
5.1 定义材料和截面 3
5.2 定义主梁、盖梁和桥墩混凝土的收缩徐变 4
5.3 边界条件 4
5.4 静力荷载 5
5.5 定义钢束 5
5.6 移动荷载 5
5.7 施工阶段 6
6. 程序后处理及结果查看 6

北京迈达斯技术有限公司技术资料——T梁梁格分析

1. 综论
中国的桥梁建设已步入全新的阶段，桥梁设计、施工、检测技术水平也随着时间推移不断提高，以往多采用的平面程序在实际使用中将逐渐为三维空间程序所取代，通过三维的分析可以不用像二维程序那样计算横向分布系数，建模及后处理更加直观。T形梁在实际工程中广泛采用，现存数量巨大，T梁格单元划分简单，基本概念清晰，受力明确，较易为初学梁格法者掌握，对进一步将复杂结构离散为力学模型及应用力学原理解决问题很有帮助。
2. 梁格法基本原理
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最邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格内。理想的刚度等效原则是：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时，两者的挠曲将是恒等的，并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。由于实际结构和梁格体系在结构特性上的差异，这种等效只是近似的，但对一般的设计，梁格法的计算精度是足够的。
3. T梁格理论要点
Ⅰ、T梁计算前应先对有效宽度进行计算，结构翼板拟定尺寸时尽量控制在有效宽度范围内。――有效宽度计算参考规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》P16，4.2.2条。
Ⅱ、对于非密排的T梁，可取单个T梁为一个纵向梁格。若T梁未设横隔板则纵向弯曲由T形截面承受，横向视为通过翼板连接的板条。一般来说，纵横方向上结构的部分刚度可以假定为相似横截面的梁一样。
Ⅲ、梁格网格的划分以最能反映上部结构的结构性能为好。没有跨中横隔板的横向梁格，其间距可以任意选择，一般约取有效跨径的1/4～1/8；如有横隔板则必须在横隔板处设横向梁格。
Ⅳ、当横向构件仅代表薄板，由板内横向扭矩引起纵向构件弯矩的不连续性是微小的，设计弯矩取节点两侧弯矩的平均值；若横向构件代表具有足够抗扭刚度的横格梁，则纵向弯矩的不连续性是较大的，设计弯矩应该取节点两侧的不同值。
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4. 模型实例
4.1 结构概述
本桥上部结构为单跨30米的简支预应力T形梁，总共六片，梁采用预制吊装施工。

图1 T梁模型

图2 T梁截面

下部结构为矩形变截面盖梁，盖梁宽1.5米，桥墩为直径1m的双柱圆形墩。
采用板式橡胶支座。
4.2 计算参数
主梁类型：部分预应力A类构件
汽车荷载等级：公路二级
T梁混凝土等级：C50
盖梁、桥墩混凝土等级：C30
普通钢筋：HRB335（纵筋）、R235（箍筋）
钢绞线：strand1860（低松弛）
波纹管内径：90mm
预应力钢筋与管道壁摩擦系数：0.2
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管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：0.0015 1/m
锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值: 6mm（开始点）、6mm（结束点）
预应力张拉控制应力：1395 MPa
张拉方式：两端张拉
5. 建模内容及重点关注
5.1 定义材料和截面

图4 截面定义

虚梁的定义可通过调整材料容重为零来实现，也可通过截面特性调整系数调整自重为零。

图3 材料定义

图5 虚梁
T梁截面采用设计截面，桥墩截面采用数据库/用户
对于变截面可通过变截面组实现。
对于需要做PSC验算的截面需配置纵向钢筋和抗剪钢筋。
对于主梁需考虑有效宽度问题。
虚拟横梁采用设计截面，截面有矩形和考虑横隔板的T形，注意截面定义时要设置好偏心位置，和实际结构相对应，在计算中程序会计入偏心引起的荷载。

图6 T形虚拟横梁偏心

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图7 矩形虚拟横梁偏心

5.2 定义主梁、盖梁和桥墩混凝土的收缩徐变
MIDAS/Civil程序不仅提供混凝土的收缩徐变函数，而且还可以定义抗压强度随时间变化的函数。
一般对于变截面梁，当采用程序中非数值型截面时，可以通过修改单元依存材料特性功能自动计算构件的理论厚度。
5.3 边界条件
桥墩底部视为固结。
程序截面定义时，盖梁偏心点选择中上部，盖梁顶部与桥墩顶部以及T梁端部梁顶和梁底之间应用弹性连接中的刚性连接。
T梁与盖梁之间用弹性连接来模拟板式橡胶支座，橡胶支座的各向支承刚度可通过橡胶支座的参数计算得到。

图9 弹性连接表格

图8 弹性连接定义

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图10 弹性连接图形

5.4 静力荷载
桥面铺装荷载简化到每根梁上，用梁单元荷载－>均布荷载施加线荷载。对于栏杆荷载按实际位置加载，程序提供荷载偏心功能，方便施加不直接作用于单元轴线上的荷载。

图12 桥面铺装和栏杆荷载

图11 偏心梁单元荷载

5.5 定义钢束
MIDAS/Civil2006提供了标准钢束的功能，对于线形一致、横向对称设置的钢束可以类似于平面程序那样直接输入束数，而不用分别输入。
5.6 移动荷载
根据公路工程技术标准的规定，计算车道的横向布置位置，车道定义窗口中的车轮间距输入后，程序会将车道荷载除2后分成两个车道加载计算。
车道荷载的分布，可以采用车道单元和横向联系梁两种方法。如果采用横向联系梁，则当车道偏离出横向联系梁范围时，无法将车道加上。

图14 车道图

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图13 车道定义

5.7 施工阶段
程序提供了编组的功能，包括结构组、边界组、荷载组、钢束组等，组的定义是为了方便在适当的施工阶段激活或者钝化具有相同特征（比如发生作用时间相同等）的结构、边界、荷载和钢束。激活和钝化的含义实际就是发生作用和失效。
对于设计截面存在后浇部分的问题，可以通过施工阶段联合截面来实现。
6. 程序后处理及结果查看
对于预应力混凝土和普通混凝土结构程序目前提供了非常简便的验算功能，为设计者在后处理方面节省了大量时间。

图16 PSC钢筋混凝土材料
图15 PSC设计参数

图17 PSC设计菜单

图18 验算结果表格

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