CN107025330A - 一种单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法。通过通用有限元软件确定宽梁桥横向分布系数的敏感因素和敏感程度。通过参数化编程进行大量的数值模拟进行分析，通过实体模型对比、模型试验、现场试验等对照，得出适用于宽梁桥横向分布系数的简化计算方法，为宽桥设计提供便利，能够提高工程设计质量，对提高宽箱梁桥精细化设计水平，保证桥梁结构耐久性，减少桥梁病害，合理控制工程造价具有积极作用。

Description

一种单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法
技术领域
本发明属于公路桥梁结构领域，具体来说是一种基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法。
背景技术
为满足日益增大的车流量，在城市的中小跨径桥梁中多建造宽梁桥。其桥梁宽度与跨度相近，甚至要超过跨径，因此结构的受力性能及特点也更复杂。目前工程设计当中对于宽梁桥设计计算可采用的做法是建立空间杆系模型(梁格)或者建立实体单元有限元模型来分析，前者计算精度一般不如实体单元，但是能满足工程设计需要，但是其对原结构进行了面目全非的简化，大量几何参数要预先计算准备，前后期均需要大量的人工进行数据处理，需要设计人员有足够的耐心和细致的工作，人为偏差较难避免；后者计算计算精度高，但是建模繁琐，计算时间长，且结果不能直接用于相关规范验算。因此在实际工程中，很多设计人员往往用采用经验值1.15建立单梁模型进行计算，仅在验算结果中用富裕量近似考虑宽梁扭转的影响，这就造成了设计质量参差不齐，桥梁耐久性无法保证。因此寻求一种建模简单，计算精度适中的计算方法对设计人员显得尤为重要。
目前，公路桥规并未对宽梁桥的横向分布系数进行详细规定，关于单箱多室宽梁桥横向分布系数也没有比较成熟的理论公式。对于宽梁桥相关研究比较少，还无法达到指导设计的程度。
彭德运、王雷等研究的成果以具体桥为研究背景，研究成果仅对于某一个桥梁提出了具体的横向分布系数经验值，不能广泛推广到实际工程设计当中。郭忆，王勇，安丽勇等人就桥梁跨度和宽度对桥梁横向分布系数影响进行了研究，对现有的小箱梁桥计算公式进行修正，提出的计算公式并不一致，计算结果也相差较大，在实际计算中发现对于不同跨径、宽度的宽桥计算结果存在不同程度的偏差。
发明内容
本发明提供了一种基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法。通过通用有限元软件确定宽梁桥横向分布系数的敏感因素和敏感程度。通过参数化编程进行大量的数值模拟进行分析，通过实体模型对比、模型试验、现场试验等对照，得出适用于宽梁桥横向分布系数的简化计算方法，为宽桥设计提供便利。
一种基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法，选定影响宽梁横向分布系数的变量并且根据所述变量利用模态参数法计算出相应桥梁的横向分布系数。
优选的，根据宽跨比、箱室中心距、箱室侧顶板厚度、横隔板厚度确定所述变量。
优选的，所述变量包括桥梁跨径、桥梁宽度、梁高、箱室顶板厚度、箱室底板厚度、箱室净距和箱室悬臂长度。
优选的，所述横向分布系数计算公式为(I)：
其中参数TS、I和C依次如下：
其中，参数B为桥梁的宽度，L为桥梁的跨径，t1为箱室顶板厚度，t2为箱室底板厚度，h为箱梁的高度，s为箱室净距，d1为箱室悬臂长度。
本发明所描述的宽梁桥横向分布系数的简化计算方法，与传统的建模计算方法对比，其优点在于计算简单，省去了建模的复杂过程，提高了工作效率，运用此方法计算精准，为宽桥设计提供便利，能够更加精确的模拟桥梁模型，对宽箱梁桥精细化设计提供保证，提高桥梁结构耐久性，使得结构偏安全，对合理控制工程造价具有积极作用，具有较好的应用前景，并且能产生明显经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明提供方法的流程框图。
图2为多种计算方法结果对比图。
图3为简化计算公式中参数I的计算截面。
具体实施方式
本发明是一种基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的简化计算方法。下面结合具体的实施例对本发明所述的基于模态分析法的计算单箱多室宽梁桥横向分布系数的方法做进一步说明。
本发明提供了一种基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的简化计算方法。具体过程如下：1)根据不同宽跨比、箱室中心距、箱室侧顶板厚度、横隔板厚度等参数建立有限元模型，2)分析宽跨比、箱室中心距、箱室侧顶板厚度、横隔板厚度等参变量对桥梁结构模态参数的敏感性程度，3)选择出对宽梁横向分布系数较为敏感的变量，4)根据已经确定的目标变量变化范围进行参数化编程建模，5)利用模态参数法计算出相应桥梁的横向分布系数，继而得出普遍适用于宽梁结构设计横向分布系数的简化计算方法。
其中：
B-桥梁的宽度
L-桥梁的跨径
t1--箱室顶板厚度
t2-箱室底板厚度
h-箱梁的高度
s-箱室净距
d1-箱室悬臂长度。
例如，随机选取数个箱室个数、梁跨径、桥梁宽度、梁高、箱室顶板厚度、箱室底板厚度、箱室净距、箱室悬臂长度不尽相同的连续宽梁桥，参数见下表1。
表格1不同梁参数表
实例 是否单向 箱室个数 箱室净距 桥梁宽度 跨径 顶板厚 底板厚 腹板厚 梁高
1 是 5 3.05 21.95 20 0.3 0.3 0.45 1.4
2 是 5 3.05 21.95 22 0.3 0.3 0.45 1.4
3 是 5 3.05 21.95 22 0.3 0.3 0.45 1.5
4 是 5 3.05 21.95 24 0.3 0.3 0.45 1.4
5 是 5 3.05 21.95 20 0.3 0.25 0.45 1.4
6 是 5 3.05 21.95 22 0.3 0.25 0.45 1.4
7 是 5 3.05 21.95 22 0.3 0.3 0.45 1.5
8 是 5 3.05 21.95 20 0.3 0.3 0.45 1.5
9 是 5 3.05 21.95 20 0.2 0.2 0.45 1.6
10 是 4 3.05 18.45 22 0.3 0.3 0.45 1.4
11 是 4 3.05 18.45 20 0.3 0.3 0.45 1.5
12 是 4 6.65 32.85 20 0.25 0.2 0.45 1.8
13 是 4 6.65 32.85 20 0.2 0.3 0.45 1.4
14 是 4 5.85 29.65 20 0.2 0.2 0.45 1.6
15 是 3 6 23.8 30 0.25 0.2 0.45 1.65
16 是 3 6 23.8 30 0.25 0.25 0.45 1.5
17 是 3 6 23.8 30 0.25 0.25 0.45 1.725
18 是 3 6 23.8 30 0.25 0.3 0.45 1.575
19 是 3 6 23.8 30 0.25 0.3 0.45 1.8
20 是 3 6 23.8 30 0.3 0.25 0.45 1.5
21 是 3 6 23.8 30 0.3 0.25 0.45 1.725
22 是 3 6 23.8 30 0.3 0.3 0.45 1.8
23 是 3 6 23.8 32 0.2 0.2 0.45 1.65
24 是 3 6 23.8 32 0.2 0.25 0.45 1.5
分别利用本发明的解析公式和实体模型来计算横向分布系数，将二者计算结果进行对比，计算结果如下表2：
表格2结果计算表
实例 解析式计算 实体计算 误差
1 1.29 1.37 -5.8％
2 1.27 1.34 -5.0％
3 1.29 1.34 -3.6％
4 1.26 1.31 -3.8％
5 1.29 1.37 -5.9％
6 1.27 1.34 -5.1％
7 1.29 1.34 -3.6％
8 1.31 1.37 -4.2％
9 1.65 1.35 22.3％
10 1.26 1.31 -3.6％
11 1.29 1.35 -4.3％
12 1.35 1.17 15.4％
13 1.36 1.17 16.4％
14 1.43 1.13 26.5％
15 1.19 1.17 2.0％
16 1.18 1.17 0.9％
17 1.20 1.17 3.0％
18 1.19 1.17 1.7％
19 1.22 1.18 3.1％
20 1.16 1.17 -0.9％
21 1.17 1.18 -0.6％
22 1.18 1.18 0.1％
23 1.24 1.15 7.9％
24 1.22 1.15 6.1％
由结果对比表和附图2可以看出，两种计算方法得到的结果误差在-10％到+30％之间，说明本发明利用模态分析法归纳得到的解析公式计算宽梁桥横向分布系数，通过与实体模型对比可以发现计算精度能够满足工程实际，大大简化了计算过程，可以为单箱多室宽箱梁桥设计提供便利。
可以理解的是，以上是为了阐述本发明的原理和可实施性的示例，本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法，其特征在于，选定影响宽梁横向分布系数的变量并且根据所述变量利用模态参数法计算出相应桥梁的横向分布系数。
2.根据权利要求1所述的基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法，其特征在于，根据宽跨比、箱室中心距、箱室侧顶板厚度、横隔板厚度确定所述变量。
3.根据权利要求2所述的基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法，其特征在于，所述变量包括桥梁跨径、桥梁宽度、梁高、箱室顶板厚度、箱室底板厚度、箱室净距和箱室悬臂长度。
4.根据权利要求3所述的基于模态分析法的单箱多室宽梁桥横向分布系数的计算方法，其特征在于，所述横向分布系数计算公式为(I)：
其中参数TS、I和C依次如下：
其中，参数B为桥梁的宽度，L为桥梁的跨径，t1为箱室顶板厚度，t2为箱室底板厚度，h为箱梁的高度，s为箱室净距，d1为箱室悬臂长度。
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