摘 要:在城市高架桥以及互通式立交匝道桥中,普遍采用曲线箱梁桥斜交的方式,通过研究不同曲率下、不同斜交角度下,运用MIDAS/CIVIL和ABAQUS有限元分析软件分别采用梁单元、板单元、实体单元建模,对自振周期进行对比分析。结果表明:半径较小时计算结果误差较大;板单元能够很好地模拟斜交情况。
关键词:弯斜桥;动力特性;MIDAS/CIVIL
1 前言
随着交通的发展,弯梁桥的数量也越来越多,在高速公路匝道桥以及成立互通式立交匝道桥中最为常见,受限于地形地貌,很多弯桥采取了斜交的方式,由于美观、经济、抗扭刚度大等因素,其中斜交箱梁弯桥的数量最多。此类桥梁具有斜、弯、坡等特点,给桥梁的线型和构造处理带来很大困难。在工程计算中尤其是在桥梁动力荷载试验的工作中,对于斜交弯桥往往采用单根曲线梁的近似算法求解自振频率,忽略斜交带来的影响。
本文就斜交弯桥在MIDAS/CIVIL程序中以梁单元、板单元,ABAQUS中采用实体单元进行建模计算,详细介绍建模过程中应该注意的几个问题及解决方法。然后再用该模型对桥梁进行动力特性分析,对比得出不同条件下对桥梁动力特性的变化情况,分析成果将对日常的桥梁计算给出建议。该匝道桥是转角为45°的连续双箱室简支箱梁,曲线半径分别为35m和70m,横断面形状如图1所示。
2 模型的建立
对于箱型截面斜交弯桥,建模是可以选择的单元有空间梁单元、板单元,以及实体单元,梁单元与板单元的建模均在MIDAS/CIVIL中完成,实体单元的建模由ABAQUS完成。半径35m,斜交40°弯桥的MIDAS建模结果与ABAQUS建模结果如图2所示。
3 有限元模型
计算所用箱梁截面较宽,达到了9.2m,为了与实际情况相符合,在梁体两端均采用多支座约束,在MIDAS/CIVIL程序中,需改变斜交梁端截面的节点局部坐标轴,使支座垂直于梁端截面。在ABAQUS程序中,直接对截面下边缘进行约束。
计算得到半径为35m时不同单元类型的自振周期变化曲线,如图3所示。
计算得到半径为70m时的不同单元类型的自振周期变化曲线,如图4所示。
4 结论与讨论
2)通过对不同斜交角板单元模型自振周期的计算结果可以看出,随着斜交角的变大,低阶自振周期也变大,也即自振频率的减小,根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)条文说明4.3.2所用公式, ,当E, , 不变时,频率f的减小必然是由于计算跨径l的增大导致的,故可以得出结论,当弯梁斜交时,计算跨径时增大的,并且随着斜交角的增大而增大。
3)40°斜交板单元模型与40°斜交实体单元模型的动力计算结果十分吻合,可见对于斜交曲线梁桥,完全可以用板单元模型近似模拟并解决工程实际问题。