桥梁结构的实用精细化分析模型 —— 反映指标应力并联系配筋方法
（每块板的三层指标应力）
面外（反映局部荷载）
面内（反映整体荷载）
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
桥梁结构的实用精细化分析模型特点 实用性：可以直接联系配筋（相比块体单元） 精细化：拆解了空间效应（相比单梁模型）
一个箱梁截面的空间网格划分
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力
空间网格模型的指标应力
构件 箱梁顶板
箱梁底板 箱梁腹板
受力方向 纵向面外上缘 横向面外上缘 横向面外下缘 中间层面内 纵向面外下缘 横向面外上缘 横向面外下缘 中间层面内 中间层面内
应力特征 一维应力 一维应力 一维应力 二维应力 一维应力 一维应力 一维应力 二维应力 二维应力
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
腹板1
顶板
腹板2
腹板3
底板
一个箱梁截面的空间网格划分
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
箱梁截面的空间网格划分
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
高等桥梁结构理论
混凝土桥梁 实用精细化分析方法
徐栋
同济大学桥梁工程系 二Ο一二年三月
主要内容
桥梁结构一些“经典概念”的探讨 桥梁结构的指标应力 桥梁结构的实用精细化分析模型
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构一些“经典概念”的探讨
桥梁结构的三种主要空间效应 薄壁效应：直箱梁桥、弯箱梁桥 问题：超静定剪力流、约束扭转、翘曲的计算 各腹板的荷载分布：多腹板宽箱梁桥 问题： “影响面在纵横向有相似的图形”不成立 剪力滞效应：宽翼缘箱(T)梁桥、钢砼叠合梁桥 问题： “有效分布宽度”概念仅适用于简支窄梁（剪应 力为竖直方向）
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力
指标应力的工程意义
桥梁横截面，总宽度39.5m
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力
指标应力的工程意义
原断面
传统叠合梁
完全拆解空间效应的板式构件分离
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
3号支座
内侧
外侧
-308.2
-421.7
-307.8
-422.4
-238.7
-487.3
-242.6
-493.1
求和
-6215.8 -6215.5 -6215.9 -6278.7
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构一些“经典概念”的探讨
2.00
活载弯矩放大系数
1.50
1.15 1.00
指标应力的理论意义
箱梁截面可以分为“梁+薄膜”单元或“全薄膜”单元
箱梁截面→ “全薄膜”单元
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力 设计方法与规范的缺失 —— 没有建立针对薄膜的配筋方法
？
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
桥梁结构的实用精细化分析模型
采用折面梁格模型计算得到宽箱梁桥各道腹板的横向分布 折面梁格模型和平面梁格模型
必须保证型心位置的Hambly平面梁格划分
自由的折面梁格划分
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
折面梁格模型和平面梁格模型
12
3
阶梯形正应力分布
■
■
■
■
顶板-λ
底板-λ
传统弯矩偏载系数
活载弯矩放大系数与传统偏载系数比较
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构一些“经典概念”的探讨
1.6 1.4
1.2 1
0.8 ■
自重剪力放大系数
■
■
■
腹板向上-λ
腹板向下-λ
恒载剪力放大系数与传统偏载系数比较
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
这三个指标应力并不能完全反映复杂结构的真实受力情 况，其效应实际上仅仅限于承受竖向剪应力的腹板（矩形、 采用“有效分布宽度”的T形、工形和箱型）。即大家习以为 常的剪应力只是竖向的。
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力
要点 1 —— 面内受力和面外受力 要点 2 —— 每块板的三层应力
桥梁结构的实用精细化分析模型
采用空间网格模型计算宽翼缘桥梁的剪力滞效应和钢砼叠合梁 剪力滞效应 —— 空间网格模型自动体现出来
钢砼叠合梁 —— 钢断面与混凝土断面需要分开计算 叠合梁应力可以叠加，而内力不能叠加，故形 成整体截面的承载力计算方法有困难 “有效分布宽度”的窄梁概念只关注竖向剪应 力，漏掉了复杂桥梁的水平向剪应力（主应力）
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力
现行规范诞生于窄梁，“有效分布宽度”的概念遗漏了翼缘板重 要的面内剪应力 —— 也影响了钢砼叠合梁设计计算方法的发展
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力
指标应力的工程意义
双塔双索面结合梁斜拉桥，主跨为70+140+480+140+70，总长900米
桥梁结构一些“经典概念”的探讨
活载剪力放大系数
4.00 3.00 2.00 1.00 0.00
1.05 ■
■ 腹板向上-λ
■
■
腹板向下-λ
传统剪力偏载系数
活载剪力放大系数与传统偏载系数比较
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的指标应力
现行规范是针对薄腹窄梁的，故相关的指标应力一般仅为 三个，截面上缘正应力、截面下缘正应力和腹板主应力。其 中，正应力用于轴向力与弯矩的计算；主应力用于剪力和扭 矩的计算。
桥梁结构的实用精细化分析模型
采用折面梁格模型计算得到宽箱梁桥各道腹板的横向分布
宽桥的常用支座布置
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
0 号腹板剪力横向分布系数沿半跨长变化图 1 号腹板剪力横向分布系数沿半跨长变化图 2 号腹板剪力横向分布系数沿半跨长变化图
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构一些“经典概念”的探讨
箱梁扭转
自由扭转
约束扭转
弯曲剪应力
约束扭转翘曲正应力
自由扭转剪应力
约束扭转剪应力
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构一些“经典概念”的探讨
图示弯桥单梁与空间网格模型自重作用下的支反力比较
桥梁结构的实用精细化分析模型
空间网格模型与块单元模型计算结果的比较
立面
横截面
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
空间网格模型
结构划分
截面划分
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
比较模型 —— ANSYS模型
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
采用折面梁格模型计算得到宽箱梁桥各道腹板的横向分布 宽箱梁结构中横向分布和剪力滞的关系
采用稀疏划分的宽箱梁截面（可能还需要考虑剪力滞效应）
采用致密划分的宽箱梁截面（剪力滞效应无需单独考虑）
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构一些“经典概念”的探讨
针对桥梁结构空间效应的实用精细化分析模型
7自由度单梁模型 特点：针对薄壁效应的单梁模型； 是实பைடு நூலகம்经济的精细化模型。
折面梁格模型：
特点：针对桥宽方向截面不同位置
的受力，反映剪力滞效应；当为多腹板宽箱梁桥时，可以简
桥梁结构的实用精细化分析模型
截取一个节段
全桥空间网格模型
截面划分
空间网格表达的钢—混凝土叠合梁桥
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
空间网格模型表达的荷载空间效应
剪力滞效应
弯曲剪应力
自由扭转剪应力
约束扭转剪应力
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
0号支座
内侧
外侧
6DOF单梁模型 -308.1 -421.8
7DOF单梁模型 -307.4 -422.9
空间网格模型 -235.9 -490.0
实体模型
-242.6 -493.1
1号支座 2号支座
-2378.0 -2377.0 -2382.0 -2403.6
-2378.0 -2378.0 -2382.0 -2403.6
块体单元的局限：混淆局部效应和整体效应；无法连接配筋及获得承载力； 尚不能完全满足桥梁结构的分析要求（预应力、活载、时间效应等）。
混混凝凝土土桥桥梁梁实实用用精精细细化化分分析析方方法法
桥梁结构的实用精细化分析模型
采用折面梁格模型计算得到宽箱梁桥各道腹板的横向分布