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《橫向預(yù)應(yīng)力加固板梁橋的有限元分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、橫向預(yù)應(yīng)力加固板梁橋的有限元分析金花,孫立功(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院,陜西渭南714000)摘要:針對板梁橋的常見病害形式,采用了橫向預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)并對板梁橋加固前、后建立了有限元模型。通過分析其荷載橫向分布規(guī)律證明采用橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固板梁橋效果顯著。關(guān)鍵詞:板梁橋;橫向預(yù)應(yīng)力;加固;荷載橫向分布中圖分類號:U448.212文獻標識碼:A文章編號:16740300(2010)010070050引言據(jù)橋梁病害狀況調(diào)查顯示:大量既有高速公路中常用的板梁橋出現(xiàn)了不同程度的結(jié)構(gòu)病害。該類橋梁的損傷與破壞主
2、要表現(xiàn)為橋面板的板間鉸縫混凝土完全開裂或脫落,造成板之間的橫向聯(lián)系破壞,導致單板承受車輪荷載作用,一般稱這種現(xiàn)象為“單板受力”,單板受力嚴重破壞了橋梁的整體性,降低了橋梁的承載能力,給行車安全帶來了隱患。如何采用經(jīng)濟、有效的加固技術(shù)預(yù)防出現(xiàn)“單板受力”和解決出現(xiàn)的“單板受力”現(xiàn)象已經(jīng)成為了有關(guān)部門亟需解決的問題。1橋梁概況該橋橫向由8塊空心板組成,板間的橫向連接通過鉸縫來實現(xiàn),橋面寬度為13.25m。板的混凝土標號為C50。本橋采用了橫向預(yù)應(yīng)力加固法,加固設(shè)計中采用的鋼絞線為ASTMA416—90a標
3、準270級高強度低松弛鋼絞線,公稱直徑為15.24mm。全橋橫斷面如圖1所示。圖1全橋的橫截面圖(單位:cm)通過對鋼絞線數(shù)量、布置位置的比較得出橫向預(yù)應(yīng)力加固法中較為合理、經(jīng)濟的鋼絞線的布置方式是:從跨中向兩側(cè)垂直于橋的縱向軸線對稱布置,順橋向跨中一束,兩端支座附近各一束,共計3束;沿梁高方向橫向預(yù)應(yīng)力筋布置在空心板底偏上0.4m處(板的中性軸以下且方便打孔的位置),即在梁體空心處打孔穿筋,預(yù)應(yīng)力筋的兩端與兩側(cè)邊板的相應(yīng)位置剛性連接形成一體。為保證錨下局部應(yīng)力不至于過大,在空心板邊板側(cè)面應(yīng)設(shè)置具有一
4、定厚度且大小適當?shù)匿摪逡詼p少錨下局部應(yīng)力[1]。加固設(shè)計中鋼絞線張拉力,按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62—2004)的規(guī)定,為保證錨具不松弛,預(yù)應(yīng)力張拉時實際有效的橫向張拉應(yīng)力在大于鋼絞線標準強度的40%范圍內(nèi)某一經(jīng)濟的噸位即可,故設(shè)計張拉控制力為129.3kN,已考慮了鋼筋回縮、錨具變形及墊板壓密、預(yù)應(yīng)收稿日期:20090917作者簡介:金花女1981年出生助教第1期金花等:橫向預(yù)應(yīng)力加固板梁橋的有限元分析71力鋼絞線應(yīng)力松弛和孔道摩擦等造成的預(yù)應(yīng)力損失[2]。2有限元
5、模型的建立利用ANSYS軟件對鉸接板梁橋建立了空間實體有限元模型[324]?？招陌?、鉸縫均采用空間8節(jié)點6面體單元Solid45建模,對于板梁橋的鋼筋不予考慮,每個節(jié)點有3個平動自由度。由于現(xiàn)澆鉸縫混凝土的收縮,鉸縫與預(yù)制板新老混凝土的粘結(jié)性差,鉸縫與板基本是分離的,對舊橋尤其如此,而且此縫只是為板的安放而預(yù)留的縫,依設(shè)計初衷是可以不填充的,,故可以認為板與鉸縫只在上緣處連結(jié),而下緣是分離開的。在建立模型時,可將各板與鉸縫分開建模,然后耦合板與鉸縫上緣的自由度即可。橋面鋪裝層分上下兩層:瀝青混凝土為上
6、層、水泥混凝土為下層。上層瀝青混凝土層僅作為傳力層和保護層,不參與受力,故不需要建立該層的模型而只將其作為恒載來考慮;下層水泥混凝土層與原受力結(jié)構(gòu)即與板共同受力,用實體單元Solid45來建模。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用三維桿單元Link8單獨建模,桿單元與實體單元之間的聯(lián)結(jié)通過將同一位置的節(jié)點對的自由度耦合來實現(xiàn),預(yù)加力采用等效溫度荷載來施加。至于有限元模型的邊界條件,固定支座以三向約束(X,Y,Z)進行施加;移動支座以Z軸自由,X軸和Y軸固定進行施加。施加的約束位于理論支承線處有限元模型截面的下邊緣節(jié)點上。
7、在計算模型中,分別在各板的跨中位置中心處施加單位豎向荷載,再根據(jù)各板的撓度比例關(guān)系求得各板撓度橫向分布影響線,以撓度橫向分布影響線的平緩程度來探討荷載的橫向分布[5]。因結(jié)構(gòu)的對稱性,僅分析其中4塊板的撓度橫向分布影響線。3有限元法與鉸接板法計算橫向分布影響線的對比分析對鉸接板橋,在施加橫向預(yù)應(yīng)力前,各板間橫向聯(lián)系較弱,可視為鉸接,故可根據(jù)傳統(tǒng)鉸接板理論來計算橫向分布影響線,并與ANSYS計算的撓度橫向分布影響線進行比較。結(jié)果分別如圖2所示,可知按兩種方法所得的影響線差別很小,二者計算結(jié)果基本吻合。說
8、明本文計算模型的正確、有限元方法有效,故可采用此方法來計算鉸接板橋的橫向分布影響線。圖21～4號板鉸接法和有限元法的撓度橫向分布影響線72石家莊鐵道學院學報(自然科學版)第23卷4對荷載橫向分布規(guī)律的探討建立跨徑為25m的簡支鉸接板梁橋的有限元模型,得出圖3所示撓度橫向分布影響線。從邊板到中板撓度橫向分布影響線依次平緩,即幅值差逐漸減小,說明荷載作用在邊板時不均勻性最嚴重,當荷載位置逐漸靠近中間時其荷載橫向分布趨于均勻。4.1寬跨比對荷載橫向分布的影響建
