考虑滑移作用的钢-混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑滑移作用的钢‑混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法，该方法包括以下步骤：一、确定钢‑混组合梁参数，计算滑移后的刚度折减系数；二、计算建立有限元模型所需边界条件的参数，即不考虑滑移的桥梁竖向弹簧支撑刚度，扭转弹簧扭转刚度；三、对竖向弹簧支撑刚度进行折减，扭转刚度保持不变；四，根据设计需要建立不同的有限元模型，根据实际移动荷载情况施加荷载；五、计算该有限元模型，读取各梁支反力大小，该值即为各梁的横向分布系数。本发明专利技术方法考虑了滑移作用对钢‑混组合梁横向分布系数的影响，结果精确和有效，适用性广。

【技术实现步骤摘要】
考虑滑移作用的钢-混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法
本专利技术涉及桥梁设计技术，尤其涉及一种考虑滑移作用的钢-混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法。
技术介绍
现阶段桥梁设计中，常使用横向分布系数来将多梁式桥梁转变为单梁式桥梁来计算。计算横向分布系数的常用方法有偏心压力法、修正偏心压力法、刚接梁法等等。钢-混组合梁由于其采用剪力键将砼面板及钢主梁连接，在荷载作用下存在滑移作用，传统横向分布计算方法计算有一定误差。现阶段部分研究者提出了考虑滑移的横向分布系数计算方法，该方法通过考虑钢-混组合梁的附加挠度建立力法方程得出，针对刚接梁法，该方法较为复杂，对于设计人员基础知识要求较高，应用不便。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种考虑滑移作用的钢-混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种考虑滑移作用的钢-混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法，包括以下步骤：1)确定钢-混组合梁桥的参数，根据参数确定钢-混组合梁考虑滑移后的刚度折减系数ζ；所述参数包括:钢材弹性模量；组合梁未开裂截面惯性矩；混凝土板面积；钢梁截面面积；钢梁截面惯性矩；混凝土面板截面惯性矩；钢梁截面形心到混凝土板截面形心距离；组合梁截面高度；组合梁跨度；连接件刚度系数；连接件的平均间距；连接件在一根梁上的列数；钢材与混凝土弹性模量的比值；2)计算建立有限元模型所需边界条件的参数，该参数包括不考虑滑移的桥梁竖向弹簧支撑刚度kw及扭转弹簧扭转刚度kθ；3)对竖向弹簧支撑刚度进行折减，扭转刚度保持不变，获得竖向弹簧折减支撑刚度4)根据设计方法需要建立不同的有限元模型，根据实际移动荷载情况施加荷载；所述设计方法包括刚接梁法、刚性横梁法或修正的刚性横梁法；具体如下：有限元模型中，单元截面宽度采用1m宽，每根主梁横向分为至少两个单元，竖向弹簧竖向刚度即步骤3)中竖向弹簧折减支撑刚度扭转刚度即步骤2)中的扭转刚度kθ；移动荷载依设计需要根据相应的规范进行取值；若使用刚接梁法，则单元截面高度采用钢-混组合梁桥面板高度，下方根据需要增加竖向弹簧；若使用刚性横梁法或修正的刚性横梁法则采用一个预设的高度值(建议大于10m)，下方根据需要增加竖向弹簧及扭转弹簧；5)计算步骤4)中建立的有限元模型，读取各梁支反力大小，该值即为各梁的横向分布系数。按上述方案，所述步骤1)中钢-混组合梁考虑滑移后的刚度折减系数ζ采用以下公式计算：其中，式中：E为钢材弹性模量；Iun为组合梁未开裂截面惯性矩；Ac为混凝土板面积；A为钢梁截面面积；Is为钢梁截面惯性矩；Ic为混凝土面板截面惯性矩；dsc为钢梁截面形心到混凝土板截面形心距离；h为组合梁截面高度；L为组合梁跨度；k为连接件刚度系数；p为连接件的平均间距；ns为连接件在一根梁上的列数；n0为钢材与混凝土弹性模量的比值。按上述方案，所述步骤2)中计算不考虑滑移的桥梁竖向弹簧支撑刚度kw及扭转弹簧扭转刚度kθ；其公式为：式中：G为组合梁剪切模量；L为组合梁跨度；Iun为组合梁未开裂截面惯性矩；IT为组合梁截面扭转惯性矩。本专利技术产生的有益效果是：其一，考虑了滑移作用对钢-混组合梁横向分布系数的影响，与不考虑影响的方法对比更加精确和有效。其二，本专利技术具有良好的兼容性，折减系数为规范推荐算法，同时有限元方法在设计中极为常见，可减少设计人员学习成本。其三，本专利技术与传统方法比，适用性广，通过更改截面属性及约束条件，可适用与不同的方法(刚性横梁法，修正的刚性横梁法，刚接梁法)。另外，除了新建桥梁，也可用于使用钢-混组合梁加宽的桥梁。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种考虑滑移作用的钢-混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法，包括以下步骤：步骤一、确定钢-混组合梁桥的参数，根据参数确定钢-混组合梁考虑滑移后的刚度折减系数ζ；所述参数包括:E为钢材弹性模量；Iun为组合梁未开裂截面惯性矩；Ac为混凝土板面积；A为钢梁截面面积；Is为钢梁截面惯性矩；Ic为混凝土面板截面惯性矩；dsc为钢梁截面形心到混凝土板截面形心距离；h为组合梁截面高度；L为组合梁跨度；k为连接件刚度系数；p为连接件的平均间距；ns为连接件在一根梁上的列数；n0为钢材与混凝土弹性模量的比值。；钢-混组合梁考虑滑移后的刚度折减系数ζ采用以下公式计算：其中，步骤二、计算建立有限元模型所需边界条件的参数，该参数包括不考虑滑移的桥梁竖向弹簧支撑刚度kw及扭转弹簧扭转刚度kθ；其公式为：式中：kw——竖向弹簧支撑刚度；kθ——扭转弹簧扭转刚度；G——组合梁剪切模量；IT——组合梁截面扭转惯性矩。步骤三、对竖向弹簧支撑刚度进行折减，扭转刚度保持不变。其原因在于滑移作用主要影响桥梁纵向的刚度，不影响截面的抗扭刚度。其公式为：式中：——竖向弹簧折减支撑刚度。步骤四、根据设计方法需要建立不同的有限元模型，根据实际移动荷载情况施加荷载；具体如下：有限元模型中，单元截面宽度采用1m宽，每根主梁横向分为至少两个单元，竖向弹簧竖向刚度即步骤3)中竖向弹簧折减支撑刚度扭转刚度即步骤2)中的扭转刚度kθ；移动荷载依设计需要根据相应的规范进行取值；若使用刚接梁法，则单元截面高度采用钢-混组合梁桥面板高度，下方根据需要增加竖向弹簧；若使用刚性横梁法或修正的刚性横梁法则采用一个预设的高度值(建议大于10m)，下方根据需要增加竖向弹簧及扭转弹簧；在该步骤中，采用刚性横梁法及修正的刚性横梁法更加适用于窄桥(宽跨比小于0.5时称为窄桥)，在钢-混组合梁实际应用中，当采用双主梁时可采用该两种方法计算较为准确。若主梁数大于2，则推荐使用刚接梁法，使用前两种方法误差较大。步骤五、计算该有限元模型，读取各梁支反力大小，该值即为各梁的横向分布系数。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑滑移作用的钢‑混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定钢‑混组合梁桥的参数，根据参数确定钢‑混组合梁考虑滑移后的刚度折减系数ζ；所述参数包括:钢材弹性模量；组合梁未开裂截面惯性矩；混凝土板面积；钢梁截面面积；钢梁截面惯性矩；混凝土面板截面惯性矩；钢梁截面形心到混凝土板截面形心距离；组合梁截面高度；组合梁跨度；连接件刚度系数；连接件的平均间距；连接件在一根梁上的列数；钢材与混凝土弹性模量的比值；2)计算建立有限元模型所需边界条件的参数，该参数包括不考虑滑移的桥梁竖向弹簧支撑刚度kw及扭转弹簧扭转刚度kθ；3)对竖向弹簧支撑刚度进行折减，扭转刚度保持不变，获得竖向弹簧折减支撑刚度

【技术特征摘要】
1.一种考虑滑移作用的钢-混组合梁桥横向分布系数有限元计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定钢-混组合梁桥的参数，根据参数确定钢-混组合梁考虑滑移后的刚度折减系数ζ；所述参数包括:钢材弹性模量；组合梁未开裂截面惯性矩；混凝土板面积；钢梁截面面积；钢梁截面惯性矩；混凝土面板截面惯性矩；钢梁截面形心到混凝土板截面形心距离；组合梁截面高度；组合梁跨度；连接件刚度系数；连接件的平均间距；连接件在一根梁上的列数；钢材与混凝土弹性模量的比值；2)计算建立有限元模型所需边界条件的参数，该参数包括不考虑滑移的桥梁竖向弹簧支撑刚度kw及扭转弹簧扭转刚度kθ；3)对竖向弹簧支撑刚度进行折减，扭转刚度保持不变，获得竖向弹簧折减支撑刚度4)根据设计方法需要建立不同的有限元模型，根据实际移动荷载情况施加荷载；所述设计方法包括刚接梁法、刚性横梁法或修正的刚性横梁法；具体如下：有限元模型中，单元截面宽度采用1m宽，每根主梁横向分为至少两个单元，竖向弹簧竖向刚度即步骤3)中竖向弹簧折减支撑刚度扭转刚度即步骤2)中的扭转刚度kθ；移动荷载依设计需要根据相应的规范进...

【专利技术属性】
技术研发人员：康俊涛，林光毅，齐凯凯，张学强，邵光强，秦世强，冯毅，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42