黄金范+许垚+厉凌+梅笑冰+褚贞钦

（上海工程技术大学 城市轨道交通学院 上海）

摘 要：本文研究了混凝土简支梁桥主梁，主要对象为箱型梁。箱型梁由于其自身截面特点具有承载力较大，抗弯、抗扭性能强切自重小等特点，从而被广泛应用。文章以箱梁的腹板坡度以及腹板厚度为变量，借助现代化工具MidasCivil结合结构优化设计理论，以有限元模拟荷载作用下不同截面参数的简支箱梁，得出其受力状态。并且将荷载作用相同的不同截面的梁进行横向比较，分析截面参数的改变对梁受力的影响。

关键词：箱梁；截面参数；MidasCivil

1引言

简支体系桥是一端为固定铰，另一端为可动较的结构体系，是桥梁中应用最早，使用最广泛的一种桥型。[1]简支梁桥受力简单，跨中只承受弯矩，预应力、收缩徐变、体系温变等不会在桥梁中产附加应力。由于结构内力受到地基变形等因素影响小，对基础要求低，故适用于我国广大地区的复杂地质条件。简支梁桥相邻桥孔单独受力，所以施工管理简单且施工费用低。简支梁桥主梁截面形式有肋板、空心板、箱型、组合箱型等。本文的研究对象箱型梁其箱型的截面具有良好的结构性能，有抗扭刚度大、有效抵抗正负弯矩、施工方便、整体受力、适应性强、铺设管道方便等特点。随着桥梁事业的迅速发展，对桥梁设计提出了更高的要求，传统的桥梁设计受到冲击，导致桥梁结构分析理论进一步发展。[2]本文以某30米跨径混凝土简支箱梁为背景，选定该箱梁的腹板以及腹板坡度为变量，借助Midas有限元软件对该箱梁进行结构性能的分析。研究其在相同荷载及外部环境下，腹板坡度以及腹板厚度的改变对该梁受力情况产生的影响。

2 建立模型

本文主要选取箱梁腹板的坡度和厚度作为设计变量，其他截面尺寸作为常量考率。箱梁的截面尺寸如图1所示。箱梁采用单箱单室结构，跨径30m，梁高1.6m，采用斜腹板，梁底宽1.8m，箱梁顶板宽3.3m，混凝土等级为C50。

使用的工具为Midas Civil，该软件针对土木结构，尤其是分析像箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时也可以进行非线性边界分析、材料非线性分析、水化热分析、动力弹塑性分析和静力弹塑性分析等。可以迅速、准确地完成类似结构的设计和分析。

建模步骤：

（1）定义材料截面特性：在混凝土规范选择JTG04（RC），在数据库选择栏选择C50。钢材定义方法相同。之后定义跨中界面，选择特定义截面数据对话框 ，在设计截面选项卡中，截面类型选择单箱单室。在截面偏心选择中-上部，点击适用。支点截面操作方法相同。

（2）建立节点单元：选择导入AutoCad DXF文件，选择需要导入的dxf文件 ，导入纵梁图层 ，选择 C50材料，跨中截面点击确定。

（3）定义跨度信息，选择全部节点单元，修改支承位置。然后定义界面，选择标准截面-支点界面，分别编辑上翼缘厚度、下翼缘厚度、腹板坡度、腹板厚度等界面尺寸参数。

（4）添加静力荷载：添加自重，设置sz=-1.04，日照升温和日照降温分别为20T和-20T。

（5）添加边界条件：定义支座底节点，添加一般支承。

（6）添加移动荷载：移动荷载选择China规范，添加车道线，命名车道名称车道1，设置车轮间距为1.8m，比例系数为1，车辆移动方向为往返。之后添加车辆，选择，添加标准车辆 CH-CL。最后添加移动荷载工况，添加移动荷载工况为中载，规范类型JTG B01-2014，加载车道数为1。

（7）定义支座沉降：定义荷载工况名称沉降，依次添加支座沉降为-0.01m。

3 实验结果分析

箱梁模型我们分别做了两组，分别以腹板厚度和坡度作为变量。具体为：腹板坡度（底边/高）为200/1300时，腹板厚度分別取150、160、170、180、190、200、210（mm）以及腹板坡度（底边/高）为1/4时，腹板厚度分别取150、160、170、180、190、200、210（mm）的两种情况。

经软件计算，移动荷载作用于梁体，使其产生的弯矩和剪力，由于所有箱梁模型的长度均为30m，所以数值也是一致的，分别为中心处最大弯矩为：365.93tonf，支承处最大剪力为：54.91tonf。

荷载工况为移动荷载加恒载的两组不同腹板坡度的箱梁最大内力数据如图3和图4所示。

对比两组四项数据，可获得腹板厚度与坡度对梁体内力的影响。

4 结论

通过两组模型剪力和弯矩的比较，可以较为清晰的看出不同界面尺寸的箱梁在外部移动荷载的作用下箱梁内力的变化：

（1）在给定的腹板坡度下，所计算的箱梁弯矩和剪力是对于变量腹板厚度的增函数。

（2）腹板坡度对箱梁内力产生影响，腹板坡度越大，箱梁所受剪力和弯矩越大，但腹板坡度有一定的范围，坡度过大是不合理的。

（3）两种坡度下箱梁内力随腹板厚度的增加而产生的变化量较为接近。

通过数据的对比，我们能发现腹板厚度和坡度两种界面尺寸参数对箱梁受力的作用，我们相信深入的探索，将会对桥梁的设计、降低造价、提升性能等诸多研究提供相当的帮助。

参考文献：

[1]夏禾. 桥梁工程（上册）. 高等教育出版社. 2011

[2]邓杨芳. 优化理论及ANSYS程序在桥梁优化设计中的应用研究[D]. 重庆交通大学. 2009endprint