大跨度高墩連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)力特性分析-論文.pdf

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1、第30卷第3期甘肅科技％Z．30Ⅳ0．32014年2月GansuScienceandTechnolog3Feb．2014大跨度高墩連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)力特性分析王曉鵬(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州730000)摘要：大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土高墩連續(xù)剛構(gòu)橋由于主梁連續(xù)、墩梁固結(jié)，且多采用三向預(yù)應(yīng)力體系，使得橋梁受力復(fù)雜，空間效應(yīng)顯著。為了保證橋梁的結(jié)構(gòu)受力安全，有必要對己設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間分析。利用有限元理論模擬其受力機(jī)理進(jìn)行了空間仿真計(jì)算和分析研究，建立三維有限元模型，綜合考慮結(jié)構(gòu)自重及預(yù)應(yīng)力束的空間效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析，得出了結(jié)論，對于正確指導(dǎo)此類橋梁的設(shè)計(jì)具

2、有一定的理論和工程實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；有限元；空間分析；應(yīng)力中圖分類號：U445．4預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋具有外形美觀，結(jié)構(gòu)尺寸析。小，橋下凈空大，橋面行車平順等特點(diǎn)，近年來較多的應(yīng)用在城市橋梁中。隨著現(xiàn)代剛構(gòu)橋梁跨度的不1工程概況斷增大，橋梁在橫向上的寬度也越來越大，大跨度預(yù)某在建大橋主橋?yàn)?72+128+72)m三跨預(yù)應(yīng)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋空間效應(yīng)也表現(xiàn)的越來越明力混凝土單箱單室變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，箱梁頂寬顯，平面分析的結(jié)果已很難反映橋梁的實(shí)際受力情11m，底板寬6．3m，箱梁頂板設(shè)置2％雙向橫坡，箱況。以往設(shè)計(jì)分析這些橋梁的方法主要采用結(jié)構(gòu)

3、力梁的根部梁高為8．8m，中跨跨中梁高為4．8m，箱底學(xué)的基于平面桿系的有限元理論來求解，一些問題按二次拋物線變化，其頂板厚度50cm，腹板厚度在僅從平面上分析己經(jīng)不能夠得到滿意的結(jié)果，對于40—70era之間，底板厚度在41～90cm之間。在梁剛構(gòu)橋箱梁的剪力滯、扭轉(zhuǎn)引起的截面應(yīng)力分布不端和主梁與墩固結(jié)處設(shè)有橫梁，但在中跨跨中及l(fā)／均勻、畸變等引起的應(yīng)力分布不均勻或通過經(jīng)典的4跨處均未設(shè)橫隔板；梁體縱向預(yù)應(yīng)力體系采用高變分法、扭轉(zhuǎn)微分方程等理論求解，或通過采用一個(gè)強(qiáng)度低松弛鋼絞線，頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用4一l5．2內(nèi)力增大系數(shù)或橫向分布系數(shù)來考慮，或?qū)?/p>

4、主梁離鋼絞線，梁體腹板中的豎向預(yù)應(yīng)力筋采用散成為一個(gè)理想的梁格體系，用空間桿系理論進(jìn)行~p32mmPSB830螺紋鋼筋。箱梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等分析，以上分析方法存在以下不足：級均為C50。1)理論計(jì)算方法推演繁瑣，計(jì)算不易為工程師2空間分析模型建立與單元劃分所掌握，而且荷載形式和邊界條件也有很大的限制；根據(jù)該橋橋幅較寬的特點(diǎn)對主橋進(jìn)行了三維有2)理想的理論模型和實(shí)際的空間結(jié)構(gòu)有出入，因而存在模型的誤差，當(dāng)這種抽象的模型誤差達(dá)到限元模擬，采用通用有限元程序ANSYS，建立該連一定的程度，便有可能造成內(nèi)力計(jì)算和受力特性的續(xù)剛構(gòu)橋的三維空間模型。在進(jìn)行有限元

5、離散時(shí)，主梁采用板單元(SHELl_．63)來模擬，預(yù)應(yīng)力筋采用低估，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷；桿單元(LINK10)，為了真實(shí)模擬三個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力3)內(nèi)力增大系數(shù)的合理性，在很大程度上取決鋼筋，模型中對三個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力筋采用和板單元于設(shè)計(jì)工程師的經(jīng)驗(yàn)和直覺判斷，有時(shí)帶有很大的公用結(jié)點(diǎn)的方法進(jìn)行模擬；橋墩采用實(shí)體單元盲目性，特別是對于大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，箱梁橫截面(SOLID65)。全橋共有22422個(gè)單元，23060個(gè)結(jié)的空間特性非常復(fù)雜，其空間效應(yīng)非常顯著，上述的點(diǎn)。全橋的有限元網(wǎng)格劃分如圖l所示。經(jīng)典理論由于引入較多的假定，均無法準(zhǔn)確的進(jìn)行模型簡化

6、了混凝土中的構(gòu)造鋼筋以及橋面上的分析。附屬設(shè)施，在計(jì)算中將其質(zhì)量等效到各相應(yīng)的材料為了保證橋梁的結(jié)構(gòu)受力安全，有必要對己設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間分析，建立三維有限元模型，綜中。由于預(yù)應(yīng)力對橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響是很復(fù)雜合考慮結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力束等空間效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分的，為了簡化分析，對預(yù)應(yīng)力在連續(xù)梁中的條件作了第3期王曉鵬：大跨度高墩連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)力特性分析95=(3)鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失值，公式如下：預(yù)應(yīng)力鋼絞線：=0．0250-預(yù)應(yīng)力粗鋼筋：=0．050-(4)分批張拉時(shí)混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失按規(guī)范計(jì)人；(5)預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉有效應(yīng)力：圖1空間有限元

7、模型orh一51一一“一一些假定，同時(shí)為了提高結(jié)構(gòu)模擬精度，結(jié)構(gòu)離散及單元劃分盡量做到：3計(jì)算荷載1)結(jié)構(gòu)模擬時(shí)，盡量使薄板與結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位的由于該橋箱梁腹板間距較大，因此對該橋進(jìn)行重心重合；空間分析應(yīng)重點(diǎn)研究在自重、二期恒載及預(yù)應(yīng)力作2)橋跨方向單元劃分考慮所有主要控制截面用下的應(yīng)力行為。恒載主要有：主梁結(jié)構(gòu)自重，二期位置，同時(shí)為了保證有足夠的精度，在應(yīng)力較大處，恒載(如橋面鋪裝、人行道欄等)。用桿單元中的預(yù)單元網(wǎng)絡(luò)適當(dāng)加密；應(yīng)變來控制所施加的預(yù)應(yīng)力。分析時(shí)，鋼筋混凝土的彈性模量采用3．5×10MPa，泊松比采用0．167；3)箱梁橫截面的模擬精度直

8、接影響到整個(gè)結(jié)鋼鉸線的彈性模量采用1．95×10MPa，泊松比采用構(gòu)的模擬精度，而箱梁頂板和底板通常為變厚度