摘要：本文以单跨33m门式刚构桥为工程实例进行对比分析，分别建立七自由度单梁模型、折面梁格模型，实体仿真模型，对比分析各种计算模型之间的计算的差异，旨在找出最符合工程实际需求的计算方法。

关键词：单箱多室、单梁、折面梁格、实体仿真

1引言

随着我国经济的飞速发展，城镇化稳步推进，城市规模也越来越大，为满足城市道路交通需求，桥梁横向宽度也在不断增加。目前我国在建造较宽的预应力混凝土桥梁时多采用大悬臂单箱多室截面的形式。这种截面具有腹板间距大、横向翼缘宽、箱壁薄等特点，采用单梁模型分析时已难以满足工程设计的需求，但由于单箱多室截面的复杂性，以及荷载的多样性，实际工程设计过程中往往很少直接采用实体单元进行空间分析，而是将桥梁转化为平面杆系，采用折面梁格法进行结构内力和位移的分析，把复杂空间结构问题转化为平面杆系问题。但是转化之后的计算结果与实际结构受力是否存在一定的失真现象，需要我们进一步的分析探讨。

2工程概况

本次桥梁项目位于浙江省杭州市瑞银街，上跨安桥港，桥梁全长33m，净跨径为28m。上部结构采用等宽变高现浇预应力混凝土连续箱梁，跨中高度为100cm，支点高度为150cm，支点与跨中采用圆弧过渡;桥梁平面位于曲线上，曲线半径R=350m;纵断面位于R=1000m的竖曲线上，桥梁横向布置为：2m（人行道）+8m（机非混行车道）+2m（人行道）=12m，桥台采用座板台，桩基接承台基础，桥台顶部与上部结构固结。

上部结构截面形式为单箱三室截面。箱梁顶板全宽为12m，底板全宽为10m，悬臂长100cm，边腹板采用直腹板，宽度由50cm渐变至80cm，中腹板宽度由45cm渐变至75cm，顶板厚度采用25cm，底板厚度采用22cm，端横梁厚度为2.5m，跨中设置2m合拢段。纵向预应力钢束均布置在腹板处，单个腹板布置6道;箱梁跨中断面布置详见图一。

3 结构整体计算分析

3.1计算方法

工程中常用的计算方法有单梁模型、梁格模型、实体仿真分析模型。其中七自由度梁单元模型单元离散数量少，分析快速，是工程中常用的计算方法，但是这类模型只有在桥梁跨宽比较大时计算结果才较为精确，同时单梁模型无法考虑结构的横向变形及结构不同支座的反力分配。

折面梁格法甲利用垂直于截面主轴方向的切割线将箱型截面进行划分，将划分后的不同截面的形心相连形成格构式模型。区别于Hambly的平面梁格，这-方法不要求划分后的每根纵梁必须包含腹板，同时同一截面的节点并不位于同一高度，故被称为折面梁格法。折面梁格可以较准确的计算构件纵、横向的正应力与竖向位移。

利用实体单元模拟实际结构，可以分析任意截面形状以及结构形式。优点是计算精度高，缺点是对网格划分要求较高，计算规模大，计算结果所得的整体效应以及局部效应叠加在一起反映在计算结果中，无法单独考虑整体效应，在设计时只能起指导作用。

针对本项目，本次设计分别采用MIDAS civil软件分别建立七自由度梁单元模型，折面梁格模型，采用FEA建立实体仿真分析模型。

3.2基本計算参数

（1）混凝土：C50

（2）支座不均匀沉降△=5 mm;

（3）竖向梯度温度效应考虑沥青铺装层对梯度温度的影响，按现行规范规定取值;

（4）年平均相对湿度70% ;

（5）桥梁设计安全等级：一级。

4计算结果对比

实体单元计算较为精确，能够反映单箱多室箱梁截面真实应力分布状态，可作为理论值参考。通过折面梁格法、杆系有限元与实体有限元计算结果对比，分析单箱多室结构的截面正应力分布规律，并验证折面梁格计算结果的精度。本次对比分别提取跨中截面在恒载作用下的应力对比，应力点布置如图三。

由上表可知，折面梁格与实体仿真分析的计算结果基本重合，基本可以满足实际工程的计算精度要求。

5、结论

本文结合实际工程项目分别建立了七自由度梁单元模型、折面梁格模型及三维实体仿真分析模型，分析宽箱截面上下缘应力分布，通过对比三种模型计算出来的结果可知： .

（1）单箱多室宽箱梁结构在横断面上正应力分布具有明显不均匀性，剪力滞效应明显。

（2）采用折面梁格法计算可以得到与三维实体有限元分析较为吻合的结果，能够较为准确的模拟宽箱结构的力学特性，是一种较为可靠、实用的简化计算方法，可供设计人员参考使用。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]戴公连，李建桥.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]中交公路规划设计院.公路桥涵设计通用规范：JTGD60-2015.北京：人民交通出版社，2004.

[4]中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTG 3362 - 2018.北京：人民交通出版社，2004.

[5]徐栋;赵瑜，刘超.混凝土桥梁结构实用精细化分析与配筋设计[M].北京：人民交通出版社，2013.

[6]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1988.

作者简介：李恒（1995—），男，汉族，浙江杭州，桥梁设计人员，本科，杭州市城乡建设设计院股份有限公司，桥梁结构分析