CN112502018A - 单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，包括如下步骤：建立单箱多室直腹板槽型梁横框的横框模型，该横框模型包括中箱室以及位于该中箱室两侧的边箱室；获取边箱室直腹板底施加弹簧约束的情况下的各该边箱室直腹板的弹簧刚度比；将该边箱室直腹板以及中箱室直腹板的总弹簧刚度值按该弹簧刚度比进行分配并得到该边箱室直腹板底的弹簧刚度值；于该横框模型中输入横框计算荷载，并在该边箱室直腹板底按照相应该弹簧刚度值施加弹簧约束，获取该横框模型的内力。本发明的内力计算方法是一种偏安全的简化方法，更符合结构实际受力情况。根据该内力计算方法求得的内力对该槽型梁横框的顶板和底板进行配筋，优化了钢筋布置。

Description

单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法
技术领域
本发明涉及城市轨道交通领域，具体来说涉及一种单箱多室直腹板槽 型梁横框的内力计算方法。
背景技术
槽型梁是为了减少自轨面到梁底的高度，从而增加桥下净空而提出的 一种桥梁形式。相对于传统形式的高架桥梁，槽型梁应用于轨道交通具有 以下优点：建筑高度低；结构轻巧、美观；腹板可作为隔音屏；列车在槽 内通行时，横向迎风面小。
对于单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算，传统方法通常是对每道 直腹板位置模拟弹簧约束，须通过板单元模型获得各直腹板位置的挠度比 反算各直腹板的弹簧刚度比。但结合实际可知，槽型梁中箱室与边箱室相 比，刚度相差很大，如果对所有直腹板均施加弹簧约束的话，容易导致中 箱室弯曲变形，且模拟出的内力较实际内力出入大，根据模拟内力进行配 筋的话，会造成较大浪费。
发明内容
本发明提供了一种单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，解决 了计算结果与实际结果出入较大且配筋时容易造成较大浪费的问题。
本发明通过如下方案来实现：一种单箱多室直腹板槽型梁横框的内力 计算方法，包括如下步骤：
建立单箱多室直腹板槽型梁横框的横框模型，所述横框模型包括中箱 室以及位于所述中箱室两侧的边箱室；
获取仅在所述边箱室位置处的边箱室直腹板底施加弹簧约束的情况 下的各所述边箱室直腹板的弹簧刚度比；
将所述边箱室直腹板以及位于所述中箱室位置处的中箱室直腹板的 总弹簧刚度值按所述弹簧刚度比进行分配并得到所述边箱室直腹板底的 弹簧刚度值；
于所述横框模型中输入横框计算荷载，并在所述边箱室直腹板底按照 相应所述弹簧刚度值施加弹簧约束，获取所述横框模型的内力。
本发明的内力计算方法考虑了槽型梁的整体刚度大于横框杆系模型 因素的影响，分配弹簧刚度时考虑仅利用边箱室直腹板承受总弹簧刚度 值，是一种偏安全的简化方法，也更符合结构实际受力情况，该方法便于 设计人员理解，性价比高，可推广性强，可减轻设计过程工作量，对单箱 多室直腹板槽型梁横框类结构具有参考价值，提供了一种安全有效的设计 思路。另外，根据本发明的内力计算方法求得的内力对该槽型梁横框的顶 板和底板进行配筋，降低了配筋难度，优化了钢筋布置，提高了钢筋利用 效率，安全性高，经济性好。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，所述总弹簧刚度值通过如下方法获得：
建立所述单箱多室直腹板槽型梁横框的纵向计算模型；
对所述纵向计算模型中的跨中位置施加单位力，获取所述总弹簧刚度 值。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，采用BSAS软件建立所述纵向计算模型。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，采用MIDAS Civil软件建立所述横框模型。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，所述单箱多室直腹板槽型梁横框为铁路梁横框。所述横框计算荷载包 括结构自重、混凝土收缩徐变、桥面系二期恒载、列车活载、动力系数、 温度荷载。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，在获取所述横框模型的内力之后，根据所述内力对所述横框模型中的 底板和顶板进行配筋。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，在对所述横框模型中的底板和顶板进行配筋时，根据所述横框模型中 弯矩最大、弯矩最小、轴力最大、轴力最小工况下的内力进行所述配筋。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，在获取所述横框模型的内力时，将所述横框模型分成多个单元，并分 别获取多个所述单元的内力。在根据所述内力对所述横框模型中的底板和 顶板进行配筋时，根据各所述单元的内力分别对相应所述单元的底板和顶 板进行配筋。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，在建立单箱多室直腹板槽型梁横框的横框模型时，沿所述单箱多室直 腹板槽型梁横框的长度方向进行分段并形成多段结构段，于多段所述结构 段中选择多段结构段分别建立所述横框模型。
本发明单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法的进一步改进在 于，多段结构段至少包括在所述单箱多室直腹板槽型梁横框的跨中位置以 及两个四分之一位置处的所述结构段。
附图说明
图1示出了采用BSAS软件建立的纵向计算模型立面图。
图2示出了采用MIDAS Civil软件建立的横框模型立面图。
图3示出了采用MIDAS Civil软件建立的横框模型三维效果图。
图4示出了基于本发明内力计算方法的配筋布置与传统的配筋布置 对比图。
图5示出了基于本发明内力计算方法的配筋布置的三维效果图。
具体实施方式
由于传统的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法通常是对每 道直腹板位置模拟弹簧约束，但结合实际可知，槽型梁中箱室与边箱室相 比，刚度相差很大，如果对所有直腹板均施加弹簧约束的话，容易导致中 箱室弯曲变形，且模拟出的内力较实际内力出入大，根据模拟内力进行配 筋的话，会造成较大浪费。为了解决上述问题，本发明在保证结构安全的 前提下，并结合实体模型论证，提供了一种新的单箱多室直腹板槽型梁横 框的内力计算方法。
下面以单箱五室直腹板槽型梁横框为例、并结合附图对该单箱多室直 腹板槽型梁横框的内力计算方法作进一步说明。
参阅图1～图3，图1示出了采用BSAS软件建立的纵向计算模型立面 图；图2示出了采用MIDAS Civil软件建立的横框模型立面图；图3示出 了采用MIDAS Civil软件建立的横框模型三维效果图。
本实施例中的单箱五室直腹板槽型梁横框包括顶板1、底板2、间隔 固定于该顶板1和该底板2之间的六片直腹板，该六片直腹板将该槽型梁 横框分成五个箱室，即位于中部的三个中箱室A以及位于三个中箱室A 的相对两边的两个边箱室B，由于单箱多室直腹板槽型梁横框的结构特 点，位于两个边箱室B位置处的四片直腹板较高，位于三个中箱室A位置处的两片直腹板较低，下面将位于两个边箱室B位置处的四片直腹板 表示为边箱室直腹板3，将位于三个中箱室A位置处的两片直腹板表示为 中箱室直腹板4。
一种单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，包括如下步骤：
步骤1，建立单箱多室直腹板槽型梁横框的横框模型，该横框模型包 括三个中箱室A以及位于该中箱室两侧的两个边箱室B。
具体来说，本实施例采用桥梁计算常用的MIDAS Civil软件来建立该 横框模型。
步骤2，获取仅在该边箱室B位置处的边箱室直腹板3底施加弹簧约 束的情况下的各该边箱室直腹板3的弹簧刚度比。
具体来说，该弹簧刚度比跟各边箱室直腹板3自身结构有关，在本实 施例中，四片边箱室直腹板3的结构相同，故该弹簧刚度比为1:1:1:1。
步骤3，将该边箱室直腹板3以及位于该中箱室A位置处的中箱室直 腹板4的总弹簧刚度值按该弹簧刚度比进行分配并得到该边箱室直腹板3 底的弹簧刚度值。
步骤4，于该横框模型中输入横框计算荷载，并在该边箱室直腹板3 底按照相应该弹簧刚度值施加弹簧约束，获取该横框模型的内力。
具体来说，将该横框计算荷载的各参数输入至该横框模型中、并将各 边箱室直腹板3的具体弹簧刚度值输入至该横框模型中，通过该横框模型 即可得到该横框模型在任意工况下任意区域的内力(包括弯矩和轴力)。 至于该横框模型的具体结构和原理属于现有技术，此处将不再赘述。
本发明考虑到中箱室A与边箱室B相比，刚度相差很大，中箱室A 趋近于悬挂在边箱室直腹板3上的构件，故取消了中箱室直腹板4底的弹 簧约束，仅在边箱室直腹板3底施加弹簧约束。同时，本发明考虑了槽型 梁的整体刚度大于横框杆系模型因素的影响，故分配弹簧刚度时考虑仅利 用边箱室直腹板承受总弹簧刚度值，是一种偏安全的简化方法，也更符合 结构实际受力情况，该方法便于设计人员理解，性价比高，可推广性强， 可减轻设计过程工作量。本发明的内力计算方法可以适用于任意单向多室(三室以上)直腹板槽型梁横框结构。
作为一较佳实施方式，该总弹簧刚度值通过如下方法获得：建立该单 箱多室直腹板槽型梁横框的纵向计算模型；对该纵向计算模型中的跨中位 置施加单位力，获取该总弹簧刚度值。
具体来说，本实施例优选采用BSAS软件建立该纵向计算模型(如图 1)，于跨中位置施加单位力，该单位力可以为1N或1KN等，当然，对 于该纵向计算模型还可以采用其他能够实现的软件来模拟。
作为一较佳实施方式，该单箱多室直腹板槽型梁横框为铁路梁横框。 该横框计算荷载包括结构自重、混凝土收缩徐变、桥面系二期恒载、列车 活载、动力系数、温度荷载。
具体来说，为了使该该横框计算荷载更加准确，优选列车活载为中活 载，且该中活载的值需考虑纵向、横向分布宽度来进行确定，该温度荷载 需包括日照温度荷载和寒潮温度荷载。上述横框计算荷载的各参数仅为铁 路用的梁横框的基本参数，对于其他应用场合的梁横框参考其相应横框计 算荷载的参数，此处不再赘述。
作为一较佳实施方式，参阅图2、图4和图5，图4示出了基于本发 明内力计算方法的配筋布置与传统的配筋布置对比图；图5示出了基于本 发明内力计算方法的配筋布置的三维效果图。在获取该横框模型的内力 (即进行步骤4)之后，根据该内力对该横框模型中的底板2和顶板1进 行配筋。
具体来说，由于该内力计算方法取消了中箱室直腹板4的弹簧约束， 故计算出的内力较传统计算方法计算出的内力小，而根据不同内力的配筋 也需相应调整。例如本实施例中的单箱五室直腹板槽型梁横框，在对底板 2和顶板1进行配筋时：如果按照传统计算方法计算出的内力进行配筋， 对于1米长的横框模板，需要于顶板1和底板2内间隔配置10根直径为 25mm的横向受力钢筋6’(如图4中的S’)；如果按照本发明的计算方法 计算出的内力进行配筋，可能仅需要配置10根直径约为23.5mm的横向 受力钢筋即可，但是由于钢筋标准规格的限定，可能无法刚好满足直径要 求，故，本实施方式在满足结构受力要求，本实施例选用15根直径为22mm 的横向受力钢筋单、双根交替间隔排布(即间隔并置的方式，如图4中的 S)，采用该方式，不但可以保持钢筋之间10cm的间距，而且具有更大 的配筋截面积，使结构受力性能更好。上述配筋方案仅为一优选方案，为 在无法提供适合规格的钢筋的情况提供了一个配筋优化思路。
作为一较佳实施方式，在对该横框模型中的底板2和顶板1进行配筋 时，根据该横框模型中弯矩最大、弯矩最小、轴力最大、轴力最小工况下 的内力(包括弯矩和轴力)，然后按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混 凝土结构设计规范》进行配筋。获取上述典型工况下的内力，并根据该内 力做配筋方案，在保证内力计算准确性的前提下，尽可能减少计算量，使 配筋更合力、更优化，具体的配筋方法为现有技术，此处不再赘述。
作为一较佳实施方式，为了进一步地使配筋更合理、更优化，在获取 该横框模型的内力时，将该横框模型分成多个单元(如图2，为了避免各 单元的混淆，可以为各单元进行编号)，并分别获取多个该单元的上述内 力；在根据该内力对该横框模型中的底板2和顶板1进行配筋时，根据各 该单元的内力分别对相应该单元的底板2和顶板1进行配筋。需要注意的 是，由于位于顶板1和底板2的截面变化(即加腋位置5)处以及边箱室 直腹板3与顶板1交接处均为截面面积较大的位置，故，在划分单元时， 需要将上述位置划分成单独单元，且在进行配筋时应重点考虑。
作为一较佳实施方式，由于单箱多室直腹板槽型梁横框的长度通常比 较长，而由结构受力特征可知，位于不同长度位置的内力值会不同，为了 提高该单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算精度，本实施方式在建立单 箱多室直腹板槽型梁横框的横框模型时，沿该单箱多室直腹板槽型梁横框 的长度方向进行分段并形成多段结构段，于多段该结构段中选择多段结构 段分别建立该横框模型，针对每个横框模型进行内力的计算，当然，在对底板2和顶板1进行配筋时，也分别以各横框模型的内力为依据。
作为一较佳实施方式，本实施方式优选该多段结构段至少包括在该单 箱多室直腹板槽型梁横框的跨中位置以及两个四分之一位置处的该结构 段。上述位置为整个单箱多室直腹板槽型梁横的典型位置，在保证内力计 算准确性的前提下，尽可能减少计算量。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人 员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节 不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本 发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立单箱多室直腹板槽型梁横框的横框模型，所述横框模型包括中箱室以及位于所述中箱室两侧的边箱室；
获取仅在所述边箱室位置处的边箱室直腹板底施加弹簧约束的情况下的各所述边箱室直腹板的弹簧刚度比；
将所述边箱室直腹板以及位于所述中箱室位置处的中箱室直腹板的总弹簧刚度值按所述弹簧刚度比进行分配并得到所述边箱室直腹板底的弹簧刚度值；
于所述横框模型中输入横框计算荷载，并在所述边箱室直腹板底按照相应所述弹簧刚度值施加弹簧约束，获取所述横框模型的内力。
2.如权利要求1所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于，所述总弹簧刚度值通过如下方法获得：
建立所述单箱多室直腹板槽型梁横框的纵向计算模型；
对所述纵向计算模型中的跨中位置施加单位力，获取所述总弹簧刚度值。
3.如权利要求2所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：采用BSAS软件建立所述纵向计算模型。
4.如权利要求1所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：采用MIDAS Civil软件建立所述横框模型。
5.如权利要求1所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：
所述单箱多室直腹板槽型梁横框为铁路梁横框；
所述横框计算荷载包括结构自重、混凝土收缩徐变、桥面系二期恒载、列车活载、动力系数、温度荷载。
6.如权利要求1所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：在获取所述横框模型的内力之后，根据所述内力对所述横框模型中的底板和顶板进行配筋。
7.如权利要求6所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：在对所述横框模型中的底板和顶板进行配筋时，根据所述横框模型中弯矩最大、弯矩最小、轴力最大、轴力最小工况下的内力进行所述配筋。
8.如权利要求7所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：
在获取所述横框模型的内力时，将所述横框模型分成多个单元，并分别获取多个所述单元的内力；
在根据所述内力对所述横框模型中的底板和顶板进行配筋时，根据各所述单元的内力分别对相应所述单元的底板和顶板进行配筋。
9.如权利要求1～8任一项所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：在建立单箱多室直腹板槽型梁横框的横框模型时，沿所述单箱多室直腹板槽型梁横框的长度方向进行分段并形成多段结构段，于多段所述结构段中选择多段结构段分别建立所述横框模型。
10.如权利要求9所述的单箱多室直腹板槽型梁横框的内力计算方法，其特征在于：多段结构段至少包括在所述单箱多室直腹板槽型梁横框的跨中位置以及两个四分之一位置处的所述结构段。
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