摘 要

随着国内建筑行业的进步，交通行业的飞速发展，城市中出现了大量的立交桥梁。城市桥梁因为地形，城市规划的影响，还要兼顾美观和通行量的要求，箱型截面形式的桥梁上部结构越来越受广大桥梁技术工程人员及投资者所青睐，而且大多数都是宽箱梁桥，宽箱梁桥在交通区域里大量出现。箱型截面的优点是稳定性比较好，抗扭的刚度大,在偏载的作用下，可以非常良好的受力。这种桥梁因为腹板间距较大，所以一般箱壁薄，横向的翼缘比较宽。在设计结构的过程中，薄壁结构因为受力情况比较复杂，截面不仅有剪力，还存在着翘曲、扭转和畸变等作用。因为多室宽箱梁的特殊情况，已经无法用现有的单箱单室箱梁理论对其进行有效的计算。所以需要找到一种适合单箱多室的箱梁的有效计算方法。在了解了单箱多室宽箱梁桥受力的特点，通过现在已有的结构分析方法。运用梁格法作为基础，借助有限元分析软件，对桥梁在静动力作用下的受力情况反应等做出一些归纳总结和分析。

本文针对宽箱梁桥的发展现状以及施工方面进行了比较具体的阐述，并以此作为基础，确定了本文的主要研究内容，介绍了梁格模型的理论方面的内容。

1. 以150 m的三跨连续梁为例，利用Midas civil建立0º、10º、20º、30º、40º的不同角度的梁格模型比较进行动力特性分析.
2. 以及在汽车荷载作用下进行内力分析，结合梁格理论，得出宽箱梁桥在静动力作用下的一些反应，并对影响参数做出一些研究。

关键词：宽箱梁桥、梁格法、MIDAS/CIVIL、静动力参数分析。

Abstract

With the advancement of the domestic construction industry and the rapid development of the transportation industry, a large number of interchange bridges have emerged in the city.Due to the influence of topography and urban planning, urban bridges must also take into account the requirements of aesthetics and traffic volume. The upper structure of bridges in the form of box sections is increasingly favored by bridge technology engineers and investors, and most of them are wide boxes. Beam bridges and wide box girder bridges appear in large numbers in the traffic area.The advantage of the box section is that the stability is better, the torsion stiffness is large, and under the action of the eccentric load, the force can be very good.Because of the large spacing of the webs, such bridges generally have a thin wall and a wide lateral flange.In the process of designing the structure, the thin-walled structure is complicated due to the force, and the cross-section not only has shearing force, but also has the functions of warping, torsion and distortion.Because of the special case of multi-chamber wide box girder, it has been impossible to effectively calculate it with the existing single-box single-chamber box girder theory.Therefore, it is necessary to find an effective calculation method for a box girder suitable for a single box and multiple chambers.Understand the characteristics of the single-box multi-chamber wide box girder bridge, through the existing structural analysis methods.Using the beam grid method as the basis, with the help of the finite element analysis software, some inductive summarization and analysis of the response of the bridge under the action of static and dynamic forces are made.

In this paper, the development status and construction aspects of the wide box girder bridge are described in detail. Based on this, the main research contents of this paper are determined, and the theoretical aspects of the beam lattice model are introduced.

(1) Taking a three-span continuous beam of 150m as an example, the dynamic characteristics of the different angles of 0°, 10°, 20°, 30°and 40° were established by Midas civil.

(2) And the internal force analysis under the action of vehicle load, combined with the beam theory, some reactions of the wide box girder bridge under static and dynamic forces are obtained, and some research on the influence parameters is made.

Key words: wide box girder bridge, beam grid method, midas/civil, static and dynamic parameters analysis.

目录

第一章 绪论 1

1.1发展历程 1

1.2研究现状 2

1.3箱梁桥的力学特点 3

1.3.1箱梁桥的结构特点 3

1.3.2箱梁桥的受力特点 3

1.4梁格法 4

1.5本文的研究内容 5

第二章 模型建立方法 6

2.1建模之前所做的准备工作 6

2.1.1桥梁简介 6

2.2梁格模型 7

2.2.1梁格模型模型简介 7

第三章 静力特性分析 8

3.1参考规范和工程概况 8

3.2宽箱梁桥梁格模型静力特性 9

3.3宽箱梁桥梁格模型静力特性对比 20

第四章 动力特性分析 21

4.1宽箱梁桥梁格模型动力特性 21

4.2宽箱梁桥模型动力模态分析 21

4.2.1 0°宽箱梁桥梁格模型 21

4.2.2 10°宽箱梁桥梁格模型 23

4.2.3 20°宽箱梁桥梁格模型 25

4.2.4 30°宽箱梁桥梁格模型 26

4.2.5 40°宽箱梁桥梁格模型 28

4.2.6 宽箱梁格模型特征值汇总表 29

4.3 不同模型的比较 31

4.3.1梁格模型数据比较 32

第五章 结论与展望 33

5.1结论 33

5.1.2静力响应结论总结 33

5.1.1动力响应结论总结 33

5.2需要改进之处和进一步研究的建议 34

5.2.1 需要改进的地方 34

5.2.2进一步研究的建议 34

参考文献 35

致谢 37

第一章 绪论

近年来，随着交通流量的不断增长，桥梁跨度和宽度都在逐渐增大，我国的城市桥梁建设虽然起步较晚，但是随着经济和人们收入的增长，交通建设的力度和速度都在增加，进入21世纪，中国高速铁路，实现了飞速式的发展，其中的连续箱梁得到了大量的使用，箱形截面梁桥可以适应于，多种复杂的使用条件，特别适合用于预应力混凝土连续梁桥、变宽梁桥等。箱形梁具有比较大的抗扭刚度，徐变的变形度较小，箱梁的截面有单箱单室、单箱双室、单箱多室，箱形截面也经过了较长的发展，起初为矩形箱，后来逐渐发展，现在多为斜腰板的梯形箱。近年来，随着桥梁跨度和路面宽度的增加，出现了多跨连续斜交箱梁桥桥型。对箱形梁桥而言，它和杆件结构受力不同，应该全面考虑箱梁结构因为偏心荷载而产生的变形，对于抗扭刚度大的宽箱截面桥梁，荷载的横向分布比较理想。梁格法是分析箱梁桥的一种非常有效的方法，用梁格模型把桥梁上部结构等效成网格模型，结合梁格理论，对梁格进行分析。对于一般的工程设计精度，梁格法可以很好地胜任要求。

本文先简要介绍了宽箱梁桥在国内外的发展和现状，还有一些对于宽箱梁桥的分析研究方法，简要比较了各自的优缺点，重点介绍了一下梁格法。为了了解宽箱梁桥在静动力作用相关参数的影响，选取一些自变量，通过建立梁格模型，分析其在不同条件下受力变化，并得出一些相关结论。

1.1发展历程

世界上第一座的钢筋混凝土箱形梁桥始建于十九世纪欧洲。到二十世纪六十年代，美国国内已经有大量的建设箱形梁桥，后来有多个州都拥有了箱型桥梁。箱梁桥几乎席卷了整个美国西部，特别是加利福尼亚州，跨径超过50米的预应力混凝土箱形桥已经达到了半数，世界各地也大量采用箱形梁桥。

我国首座混凝土箱梁桥为济宁跃进桥，这座桥的跨径为（37 53 37）米，建于1960年。1976年，河北铭河修建了一座四跨箱形连续梁桥。还有1995年建成通车的奉浦大桥，也是采用箱形截面。

近年来，国民经济的飞速发展，交通流量的不断提高，一般的箱梁桥渐渐地已经不能满足于城市交通的需求了，城市道路开始像大悬臂，宽箱梁的方向发展了。各种异形桥不断出现，其中曲线宽箱梁桥与弧形底板的宽箱梁桥因为维护起来比较方便，结构美观，线路的布置比较的简单，所以得到了比较广泛的应用，以满足城市交通的要求。

1.2研究现状

我国的城市道路立交的建设虽然起步较晚，开始于上世纪八十年代，与一些发达国家相比有较大差距，但是，随着我国的国民经济的快速发展。人们生活水平的提高，城市交通量的需求也在变大。这也促进了我国铁路、高等级道路、城市道路的建设。城市高架和高等级道路是解决城市交通问题的两个主要方向。随着交通流量的增加，道路的宽度不断变宽，与之对应，桥梁的截面也越来越大，箱形截面可以支持宽度很大的截面，于是引起了国内外很多学者的注意，通过大量学者的不断研究，也陆续提出了很多种理论和计算方法。

有限元分析在当下的结构分析中具有很高的地位，是工程结构分析中最常见使用也最广泛的数值分析方法。如今，各种分析软件也越来越多，比如：Midas、Sap2000，以及Ansys等。在对桥梁进行结构分析时，常见的的分析计算方法有以下几种：（1）空间梁元模型法；（2）实体板壳模型法；（3）空间梁格模型法；（4）空间薄壁箱梁元模型法。各有优缺点， 空间梁元模型建立的是单梁模型，这种方法不能使用于宽跨比大的桥梁，而且不考虑横向分布。实体板壳模型法是通过建立非常精细的网络模型，不适用于整体分析，对局部应力分析比较有效。空间梁格模型法是把桥梁结构划分成一个个的网格模型，是目前科研和设计中比较常用的分析方法，他的概念清晰，容易理解，能够满足工程精度的要求，使用起来也比较方便。空间薄壁箱梁元模型法可以很全面的考虑结构的各种变形以及他们之间的耦合效应。

陈国强提出了，有限元计算在偏心荷载作用下，宽箱梁桥的荷载增大系数，他结合工程实际，建立了有限元模型，通过计算分析，荷载在不同位置的应力和位移，得到了偏大系数，经过和实际对比，得出实体有限元法能够真实的反应结构的实际受力。

董宇路、汪洛英对低高度的混凝土单箱多室宽箱梁进行研究，在活载作用下，获得了大量的数据，利用该数据分析宽箱梁桥的剪力滞效应。通过有限元分析受力特征，在实验桥运营阶段获得了以下研究成果：在中支点出现了比较明显的剪力滞现象，但是跨中处的剪力滞效应却降低了，在桥梁的外侧半幅布置车辆荷载的时候出现了最大的剪力滞。他们就以此作为基础进行讨论，确定了宽箱梁桥的内力抛高系数的一定范围值是在中支座点处取1.5～1.7，其他位置可以取值为1.2。

曹海顺和洪国志他们用单箱三室预应力混凝土梁桥作为研究的对象，利用Ansys分析，得到了大量的特殊截面肋板位置的横向分布系数。并且将一次刚度换算法、增大系数法、和板壳元空间分析法这三种方法进行对比，得到了这三种方法的适用范围。

方志、周先雁和曹国辉为了研究连续箱梁开裂后的内力重分布与翼缘的有效宽度变化规律，制造了钢筋混凝土连续宽箱梁桥模型，并且将加载至混凝土开裂这一个过程进行了试验，研究了在均布荷载作用下连续箱梁的各控制截面的应变和应力的分布规律、挠度、翼缘有效宽度和抗裂性能的变化情况。

1.3箱梁桥的力学特点

1.3.1箱梁桥的结构特点

（1）因为箱梁桥的截面是封闭式的，所以它拥有良好的抗扭刚度，在桥梁的施工和使用的过程中比较稳定。

（2）箱形截面在底板和顶板有比较大面积的混凝土，所以在配筋方面可以轻易地达到设计要求，如果把箱梁桥用于预应力混凝土，那么它能节省的经济效益就更大。

（3）混凝土面积比较大的话，可以抵抗较大的正负弯矩，所以连续梁桥一般采用箱形截面比较合适。

（4）箱形截面一般有些足够厚度的底板，可以比较方便地进行悬臂，顶推等施工方法。

（5）因为箱梁桥的抗扭刚度强，比较适用于曲线梁桥。

在跨径比较高的桥梁中，有很多都是采用的箱形截面，就是因为上面的五大优点。箱形梁桥截面的受力方式比较复杂，因为其空间效应比较复杂。在对宽箱梁桥进行受力情况分析时，一般要用到近似处理，将荷载分为中心反对称荷载，和中心对称荷载。

1.3.2箱梁桥的受力特点

在一般情况下箱梁桥会受到活载和恒载的共同作用。恒载一般情况下是以梁中心为对称作用在箱梁上面，按照梁初等理论计算即可。活载主要是以偏离梁中心的荷载为主要的。箱梁在这种荷载作用下，会产生变形。一般情况下，这种变形可以分成四种：即扭转，纵向弯曲，畸变和横向挠曲。

（1）扭转

箱梁桥截面一般可以将受到的扭转分成自由扭转和约束扭转。自由扭转就是，箱形截面各部分的纵向上的变形不加以约束，截面的部分虽然发生了变形，但是由于纵向上的长度没有发生变化，所以只用考虑剪应力，正应力为0。而约束扭转就是，箱梁桥截面的各个部分在纵向上面的，变形被约束了，截面不可以发生转动，所以在截面上会产生扭转应力和正应力。

（2）纵向弯曲

箱梁的竖向位移就是因为箱梁的纵向弯曲所产生的，纵向弯曲会在箱梁横向截面上，产生剪应力和纵向正应力。按照初等梁理论，对于不是宽箱梁桥的一般梁桥来说，计算应力分布没有问题。但是对于肋板间距比较大的宽箱梁桥，肋板近处所产生的应力远远大于远离肋板的应力。这就是因为剪力滞效应，所导致应力分布不平均。我们要重视剪力滞所造成的应力变化。

（3）畸变

箱梁截面在受到扭转作用的情况下四周会出现一个变化的情况。变化主要表现在会出现一个畸变角。宽箱梁桥截面因为受到了扭转的作用，投影出来的截面不再是原来的矩形形状。这个时候就会产生剪应力和正应力，而且内部也会发生横向变形。也会产生弯曲应力。

（4）横向挠曲

箱形截面在承受非中心荷载作用，不但要按照杆件模型整体分析，还要分析局部荷载产生的影响。但是由于箱梁截面是超静定的结构。在各个部分也会产生同样的横向弯矩。

1.4梁格法

梁格法是分析多室宽箱梁比较成熟也比较方便的一种分析方法。它是借助计算机分析软件，将桥梁上部结构用一个个梁格组成的体系来替代。这个梁格体系的刚度和原来的结构刚度近似，通过分析梁格的受力，就可以反应出原结构的受力状态。梁格网格的划分和结构截面特性对梁格的计算精度有影响。网格划分的越密，那么计算结婚的精度就会越高。但是梁格法也有其缺点，就是无法考虑畸变和扭转所产生的截面翘曲，还有剪力滞效应。根据相关文献显示，在偏心荷载的作用下，翘曲正应力仅仅占弯曲正应力约为5%，所以一般可以用单纯扭转理论进行分析，这种方法比较容易理解和使用。相关文献显示，使用板壳元法和梁格法计算分析同一个结构，得出的结果是两种方法的计算结果比较接近。而且梁格法比较适合进行分析宽跨比较大的桥梁。所以在桥梁的计算和结构分析中，普遍较常用的方法就是梁格法。梁格法开始是由Sawko（英国）提出来的，他可以适用于梁板式，板式，箱型桥梁的上部结构，以及各种组合桥梁，并且其对斜、弯桥梁的计算特别有效。E.Reissner提出来可以将主梁微分方程转化为差分方程，在具有横隔板的节点上面，把横梁的作用通过附加外力的方式作用在主梁上面。

梁格法通过把分散在上部结构上面的每个区间的抗扭和抗弯刚度集中到其最相邻的等效梁格里面。横向的刚度集中到横向构件里面，纵向的刚度辉集中到纵向的构件里面，当等效梁格和原结构承受相同的荷载的时候，他们所产生的挠曲变形是一样的，而且在任一个梁格里面，所产生的扭矩，剪力，弯矩都要等于它们所代表的那一区域的内力。理论上面来说，梁格法需要满足下面的几个等效原则。在等效梁格和原结构承受相同的荷载的时候，任意某个梁格里面的弯矩，剪力和扭矩应该要等于该梁代表的结构的内力。两个结构产生的挠曲应该是一样的。 但是实际上，实际的构件和梁格模型会有差别。所以上面的等效状态很难实现。只能近似的达到。很多科研人员经过研究和计算得出，对大多数梁桥结构来说，按梁格法计算可以体现出结构分总体特性。对于工程上面的精度足够了。所以梁格法分析可以应用到大多数的各类梁桥中，此外，梁格法还可以进行分析不规则形状的斜桥，和支承不规则的情形。

梁格法在宽箱梁桥中有很多应用。邹党通过结合工程实际，从连续箱梁桥的受力情况从发，通过梁格法对单箱多室宽箱梁进行受力的情况分析，分析出来的结果表明了梁格法相对于单梁法来说，更加的可靠。和板壳模型法相对，在满足了工程精度的情况下，节省了大量时间。陈辉和陈斌用梁格法对现浇的变截面宽箱梁进行分析，把结果和单梁模型比较，结果发现了梁格模型在恒载的作用下，减少箱室数量和箱室的均匀布置，对箱型梁桥的整体受力和每个腹板的均匀受力的影响都比较大，而对活载作用下的单梁模型来说，结果是偏小的。刘钢城对单箱双室连续箱梁桥用梁格理论进行分析，他用杆系理论计算结果和梁格理论计算结果进行对比，之后发现，在支点左右两个方法的差别比较大，对宽跨比比较大的单箱多室宽箱梁桥，横系梁对它的内力纵横的分布有比较大的影响。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：