材料、降低成本的目的。利用大型有限元软件ANSYS对变截面梁进行了静力分析，以期为相关工程提供参考。
Abstract： The variable section component in engineering practice has been more and more widely used， especially in large span bridge girder design， often with variable cross section. Its advantage is that the section of the component can change reasonably with the changes in the distribution of bending moment and shearing force， so as to save material and reduce cost. The large finete element software ANSYS is used for the static analysis of beam with variable cross section， in order to provide reference for related projects.
关键词： 桥梁；变截面连续箱梁；有限元分析
Key words： bridge；continuous box girder with variable cross section；finite element analysis
中图分类号：U448.34 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）11-0125-02
0 引言
桥梁作为线路的一个重要组成部分，随着时间的流逝，每当运输工具发生改变时，都会对桥梁的性能等各方面提出更高的要求，由此便推动了桥梁工程技术的发展。在新桥设计、桥梁施工监控和成桥试验检测中，应力、应变，挠度计算都极其重要。随着桥梁结构的日益复杂，传统计算方法由于耗时耗力，效率低下且精确度低，已经无法满足现代桥梁施工的需要，ANSYS具有计算功能强大、建模方便及计算结果直观等优点，近年来，得到越来越多桥梁建设者和研究者的重视[1]。本文利用ANSYS10.0软件对某钢筋砼变截面连续箱梁桥进行有限元分析，将一个连续介质体的问题近似地离散为由适当选取的有限个单元、有限个结点连接起来的集合体加以分析，用主梁的一些重要截面的弯矩作为控制条件，首先简化工程问题，抽象模型，确定定解数据，然后根据待分析问题的数学力学模型和有限元软件的功能，输入待分析问题的定解数据，并进行有限元剖分，形成分析问题的有限元模型，使用选定的有限元软件进行分析。主要包括单元分析，约束处理，求解，计算结果的后处理，得到其应力、变形分布规律。
1 有限元模型
某桥梁全长1161.8m，上部构造主桥为（60+3×96+60）m。桥面宽度是13.7m保持不变，如图1。
纵梁的截面，如图2所示。
本文采用实体建模，自由分网。采用单元类型是SOLID65。为计算简便和建模方便，在整个建模及分析过程中，材料视为单一材料的混凝土，即将其简化为匀质，不考虑钢筋、预应力及预应力拱的作用。模型如图3所示。
2 静力学分析
变截面桥为5跨，首先在两端的边跨施加均布力和同时在边跨跨中施加集中力，然后在中间三跨施加相同载荷，生成y方向变形图，z方向正应力图并分析。
2.1 边跨加载
在两端边跨施加均布力20kN/m2，跨中施加集中力300kN，产生y方向（竖直方向）变形图、z方向（纵梁梁长方向）正应力图。如图4所示。
2.2 第二种工况：中间三跨加载
在中间三跨施加均布力20kN/m2，跨中施加集中力300kN。产生y方向（竖直方向）变形图、z方向（纵梁梁长方向）正应力图。如图5所示。
2.3 结果分析
通过图3，图4变截面梁有限元模型变形云图比较可以看出，两次加载后最大变形分别为0.00986m，0.008983m。第一次加载后，最大变形出现在第二跨跨中和第四跨跨中（结构对称，载荷对称）。这是由于本模型是混凝土桥，自重占了载荷的很大部分，虽然在边跨施加了载荷，但是由于边跨只有60m，中间三跨却长达96m，不加外载时，在自重作用下也是在第二跨跨中和第四跨跨中出现最大变形，第一次在边跨施加的载荷较小，产生的弯矩传递到第二跨和第四跨，减小了最大变形，但是位置仍然在第二跨和第四跨。第二次加载施加的集中力和均布力都较大，产生的影响也较大，弯矩传递到第二跨和第四跨，使得这两跨变形变小，结果第三跨变形成为最大变形。整个梁桥变形是连续的，每跨变形都是相互影响的。
两个应力图中显示最大拉应力分别为0.570×107Pa，0.663×107Pa。第一次加载时最大拉应力出现在第三个和第四个桥墩处主梁上侧，产生这个结果的原因同变形特点原因类似，都是自重起主要作用，第一次在两边跨加载传递过去的弯矩减小了该最大拉应力，而它本身在外载荷协同自重作用产生的应力仍然较小，所以没有改变最大拉应力位置；第二次加载后最大拉应力出现在第一跨和第五跨跨中主梁下侧，这是由于第二次加载数据较大，传递的弯矩也较大，使得原来最大拉应力位置的拉应力减小了很多，同时它本身和自重协同产生的拉应力也较大，并超过了减小了的原最大拉应力，根据力学常识和图形结果最大拉应力出现在第一跨和第五跨跨中主梁下侧；最大压应力分别为0.111×108Pa，0.138×108Pa，两次加载分别出现在第三个、第四个桥墩处桥面下侧和第一个、第六个桥墩处主梁下侧，原因同最大拉应力位置原因相同。
3 结论和展望
变截面桥梁结构，当跨度和承受的荷载与等截面梁相同时，截面内力同等截面梁相同。但是当截面刚度为变量，变截面梁的变形同等截面梁是不同的。因此，相同跨度承受相同荷载的变截面超静定结构的内力同等截面结构是不同的。从本桥的计算结果可看出，由于截面尺寸的差别（支座处大，跨中小），支座与跨中截面的抗弯、抗扭刚度相差较大，因而无论是顶板还是翼缘板，其横向受力有效分布宽度存在较大的差别，这些差别并不能从我国桥规中反映出来。实际设计时应加以考虑，此外，从结果来看，对于顶板，按桥规计算的横向受力有效分布宽度比本文计算值要大。
参考文献：
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