基于板元的桥梁精细化分析与配筋设计体系桥梁工程论文( 三 ) _小知识

在空间网格模型中，一个板元由共节点的4根等效纵横梁单元来表征，每个纵横梁节点分别具有6个自由度，分别为Mx、My、Mz、Fx、Fy、Fz，因此决定一个板元内力的节点自由度有4×6=24个，如图10所示。

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图10 空间网格模型中的板元内力来源

一个板元在空间网格模型中的24个内力指标，可转换为前述的控制板元设计的6项内力值。

若考虑工程实际中的可变荷载及荷载组合，则需根据不同的荷载工况对一块板元的24项内力数据进行处理，以求得最不利的内力输出矩阵。首先对桥梁结构可能承受的所有荷载工况进行分解，将其分为两类：

1.在诸如施工、温度、沉降等荷载工况下，决定板元受力的24个自由度对应内力值是确定的，此时针对任一荷载工况，例如徐变收缩、温度、支座沉降等，板元内力输出矩阵为1×24行矩阵：

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2.而在诸如活载、人群等可变荷载工况下，决定板元受力的24个自由度对应内力值并非确定，对每个自由度而言，均存在内力最大值和内力最小值，且每个自由度对应内力取得峰值时，其余23个自由度上均有相应内力值。这样在活载、人群荷载作用下，决定板元精细化配筋的24个内力自由度共有24×2=48种荷载工况，相应的，板元内力输出矩阵为48×24矩阵：

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可变荷载下板元内力输出矩阵中ai,j物理意义为：

1.若ai,j在前24行,ai,j表示当第i列对应内力自由度取最大值时第j列对应内力自由度上的相应内力值；

2.若ai,j在后24行，ai,j表示当第i列对应内力自由度取最小值时第j列对应内力自由度上的相应内力值。

这个矩阵可以定义为“板元内力相应值矩阵”，并在空间网格模型中基于空间影响面加载实现。与梁元内力相应值不同的是：梁元内力相应值仅为本单元的相应值，为5项，例如最大弯矩下的轴力、两个剪力、另外一个方向的弯矩、扭矩共5项；而板元节点涉及周边4根杆件，每个内力相应值为23项。

将上述单项荷载工况下的内力输出矩阵按照《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2015）进行荷载组合，得到控制板元设计的最不利48×24的内力组合矩阵，用于该板元的精细化配筋设计。

综合完整验算应力指标系统、板元配筋设计方法、斜裂缝宽度计算方法、空间网格模型及板元相应值矩阵，就可以完整搭建基于板元的桥梁精细化分析和配筋设计体系框架，弥补基于梁元的分析与配筋设计体系的不足及缺失，将配筋设计与结构空间受力紧密联系起来，更好地满足现代桥梁结构安全和耐久的需求。

本文刊载 / 《桥梁》杂志 2021年第3期总第101期
作者 / 徐栋张宇贾勤龙
作者单位 / 同济大学桥梁工程系
【基于板元的桥梁精细化分析与配筋设计体系桥梁工程论文】

基于板元的桥梁精细化分析与配筋设计体系 桥梁工程论文( 三 )

基于板元的桥梁精细化分析与配筋设计体系桥梁工程论文( 三 )