摘要：随着公路桥梁事业的快速发展，公路桥梁建设数量日益增多。在公路桥梁设计中，梁板组合结构应用的十分广泛，其施工便捷，施工效率高，桥梁稳定性也高。而在大型结构中，则多由梁、板和壳结构共同构成桥梁结构形式。因此文章结合工程实例，运用MIDAS Civil有限元分析软件建立梁、板壳结合模型，对梁、板壳结合模型在梁板组合桥梁设计中的应用进行略述。
关键词：梁板壳结合模型；梁板组合；桥梁设计；应用
钢筋混凝土梁板结构由钢筋混凝土受弯构件（梁和板）组成，广泛用于房屋建筑中的楼盖、屋盖，以及阳台、雨篷、楼梯、基础、水池顶板等部位。按照施工方法的不同，梁板结构可分为整浇和预制两类。在梁板结构的施工当中，梁构件主要承受剪力和弯矩，以及一定情况下承受扭矩，板构件则承受平面上的弯矩和剪力。在我国，绝大多数的小跨径的桥梁一般都采用梁板结构，这种结构具有施工简便，施工速度快，且稳定性高的特点。大型建筑结构大多由梁、板、壳结构构成，因此文章运用MIDAS Civil有限元分析软件建立梁、板壳结合模型，真实模拟梁板组合结构的实际受力情况。
一、工程概况
某高铁高架桥在设计时，为避免新建道路车辆荷载对高铁桥梁桩基产生扰动，下穿高铁高架桥部分市政道路机动车道需采用桥梁下穿。本段高铁桥梁桥下路面净空10m，市政道路机动车道路宽8.5m。受道路两端交叉口标高影响，下穿高铁桥梁部分路面无法抬坡，整体路面仅高出现状地面约0.8m左右，若采用常规梁式桥下穿，梁底将低于地平面，无法设置支座。综合考虑后，本桥设计采用梁板结合，纵横梁与桩基固结的结构形式。
二、计算模型说明
（一）结构模型及单元划分
本桥结构模拟采用梁、板壳结合模型，材料为C35钢筋混凝土。桥梁全长29.4m，宽9.5m。全桥纵向设置2根纵梁，单根长29.4m，跨径为3跨9m，两端各设1.2m长悬臂；横向设置4根横梁，单根长9.5m，跨径为单跨5.5m，两端各设2m长悬臂，梁截面尺寸均为1m×1m。纵横梁间分隔区域满设0.35m厚桥面板。梁、板壳单元纵、横向划分长度约0.2～1m，二者于梁体中心线节点处采用公共节点连接。板壳单元与梁单元重叠部分采用虚拟板单元，虚拟单元材料容重γ=0k N/m3，其余材料特性与C35钢筋混凝土一致。整个模型共计节点928个，板单元900个，梁单元190个。
（二）边界条件
本桥于纵、横梁相交处设置直径1m桩基，全桥共计8根，桩基与梁体固结。为真实模拟梁板的约束条件，本次根据现状各地质土层参数，计算出桩顶结构刚度，以弹性约束的方式施加于8处桩顶梁节点上，具体弹性约束条件如下：
SDx=SDy=27777.8k N/m
SDz=1010k N/m
SRx=SRy=310559k N•m（rad）
SRz=2×108k N•m（rad）
式中：SDx为X轴方向的弹性支承刚度；SDy为Y轴方向的弹性支承刚度；SDz为Z轴方向的弹性支承刚度；SRx为绕X轴方向的转动弹性刚度；SRy为绕Y轴方向的转动弹性刚度；SRz为绕Z轴方向的转动弹性刚度。
（三）结构荷载
1.自重恒载
z=-1.04（通过设置z向重力加速度向下添加）。
2.二期恒载
两侧防撞护栏荷载均为13.5k N/m，桥面铺装荷载为4 k N/m2。
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3.温度力
系统升降温采用±20℃，局部温差按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）4.3.12条规定的梯度温度计算，日照正温差T1采用14℃，T2采用5.5℃，日照反温差T1采用-7℃，T2采用-2.75℃。
4.支座不均匀沉降
支座差异沉降按3mm考虑。
5.移动荷载
汽车荷载采用城—A级车道荷载，车道布置宽度为8.5m。由于桥面板采用的是板壳模型，故采用车道面方式布载：（1）单车道：车道面宽度3.1m，跨度9m，偏心0m（以桥面中心线为基准线，下同）。（2）双车道—1：车道面宽度3.1m，跨度9m，偏心-2.1m。（3）双车道—2：车道面宽度3.1m，跨度9m，偏心1m。移动荷载工况分为两种：（1）单车道工况：单车道，系数取1，最少加载车道数取0，最大加载车道数取1。（2）双车道工况：双车道—1、双车道—2，系数取1，最少加载车道数取0，最大加载车道数取2。
4.荷载组合
MIDAS程序自动进行荷载组合，主要组合类型为基本组合、短期组合以及长期组合。
三、计算结果
（一）纵横梁内力及配筋结果
纵梁单根全长29.4m，跨径为3跨9m，两端各设置1.2m长悬臂；横梁单根全长9.5m，跨径为单跨5.5m，两端各设置2m长悬臂，二者相交处与桩固结，此处梁顶负弯矩峰值应予以折减，本次建模计算时采用midas civil的弯矩折减功能对此处负弯矩进行自动折减。计算后分别对纵横梁计算结果进行查看，并采用软件的RC设计配筋验算功能，对梁体进行配筋验算。经过比较，纵梁中左纵梁内力较大、横梁中第二根横梁内力较大，纵横梁配筋裂缝宽度及极限抗弯强度均满足规范要求。
（二）桥面板内力及配筋结果
桥面板板单元纵向单跨跨径为9m，两侧悬臂长度为1.2m；横向单跨跨径为5.5m，两侧悬臂长度为2m，板厚0.35m。内区格板为四边固结，纵、横向跨径比值为1.636＜2，应按双向板进行计算；外区悬臂板为两边或三边固结，纵、横向跨径比值均大于3，应按单向板进行计算。经试算，外区悬臂板因内力较小，对整体桥面板截面配筋不控制，故以下仅对桥面内区格板进行配筋计算。模型中虚拟板单元与纵横梁单元相重合，重合处结构截面高度（1m）远大于桥面板厚度（0.35m），此处结构截面对整体桥面板截面配筋不起控制作用，设计时应以梁、板结合处截面（截面高度0.35m）作为负弯矩区配筋控制截面。分别调出MIDAS中板单元内力计算结果进行查看，并记录下结构在各组合效应下的弯矩值。提取的板单元内力值，分别计算桥面板纵、横向上下缘受力所需钢筋数量，桥面板配筋裂缝宽度及极限抗弯强度均满足规范要求。
综上，通过采用有限元分析软件MIDAS Civil中的梁、板壳结合模型对整体梁板结合结构进行了建模分析，并且通过软件的RC设计配筋验算功能对纵横梁进行了配筋设计；通过提取板单元内力对桥面板进行了配筋设计，得出了以下结论：整体梁、板壳结合模型影响面加载克服了一般桥梁设计时梁、板离散为单体结构验算时的诸多局限性，计算精度更高，且与实际情况更为接近，采用整体模型的计算结果既包括了结构的整体受力效应又包含了结构的局部受力效应。MIDAS Civil软件除了可以得出结构的应力以及变形，方便地提取出板单元内力外，还可直观地显示结构各种组合效应下的云图，可以较好地解决梁、板离散为单体结构验算时边界条件设定过于粗略，从而导致结构各部位实际内力计算结果不够准确的缺点，并且在计算模型建立以及后处理等各环节都极为方便，可以应用于类似桥梁的设计中。
参考文献：
[1]龚新平.现浇钢筋砼密肋梁板结构施工方法探讨[J].居舍，2018（32）
[2]张顺琦，高英山.大型梁板结构高效计算及在桥梁设计中的应用[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2018，39（04）
[3]沈建霞.高桩梁板码头的横梁配筋计算[J].水运工程，2018（11）
[4]李冲.现浇混凝土梁板结构裂缝解决对策的探析[J].住宅与房地产，2018（03）
论文作者:王春力
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/19
标签：结构论文; 车道论文; 桥面论文; 组合论文; 桥梁论文; 荷载论文; 单元论文; 《基层建设》2019年第9期论文;