大跨度系杆拱桥施工过程中拱梁应力及变形的ansys分析

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1、第24卷第2期苏州科技学院学报(工程技术版)Vo1．24No．22011年06月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Jun．2011大跨度系杆拱桥施工过程中拱梁应力及变形的ANSYS分析丁晓燕．刘凡(苏州科技学院土木工程学院，江苏苏州215011)摘要：结合某钢管混凝土拱桥实际工程，采用ANSYS有限元软件建模，对该桥的拱肋和系梁在施工全过程中进行有限元模拟，分析拱肋和系梁的应力、挠度变化规律以及系梁预应力对拱梁的影响；将理论计算值与实际监控结

2、果进行比较，误差较小，对该桥的设计、施工具有一定的指导意义；为今后桥梁的研究和施工工作提供参考依据。关键词：钢管混凝土；系杆拱桥；施工过程；有限元模拟中图分类号：TU311-41文献标识码：A文章编号：1672—0679(2011)02—0044—07随着经济的发展，我国大跨度桥梁建设进入飞速发展时期。钢管混凝土系杆拱桥由于其结构自身所具有的优越性．一方面它将继续是大跨度桥梁的主要竞争者，另一方面它又是美观桥梁的首选桥型之一[1]。近年来，随着静定结构分析理论的发展，以及计算机技术及新材料、新工艺的应用和普及，钢管混凝土系杆拱桥得到了更为广阔的发展空间

3、。不过，尽管国内已经建造了许多该类型的桥，但对其力学特性以及各主要构件对结构体系的影响规律的研究学不够深入。本文结合一实际工程，对钢管混凝土系杆拱桥的结构体系做了进一步的研究，对该桥设计、施工的顺利完成具有一定的指导意义，同时也为今后桥梁工程的研究和施工工作提供参考依据。1工程概况该背景工程为一座钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径为97．7m，引桥上部为预应力混凝土现浇连续箱梁，桥梁跨径的具体布置为4~25m+(25．5+24．5+2~25)m预应力混凝土连续箱梁+100．9m下承式系杆拱+(2×25+24．5+25．5)m+4x25in预应力混凝土现浇连续

4、箱梁，桥梁全长505．5in。主桥上部结构采用下承式钢管混凝土系杆拱，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1：6．11，矢高16ITI。拱肋采用哑铃型双圆钢管断面，钢管外径110cm，壁厚1．4cm，内充C40微膨胀混凝土；主跨共设7道风撑，风撑采用哑铃型双圆钢管断面，钢管直径70cm，壁厚1．0cm。系杆采用预应力混凝土箱形断面，高2．2m，宽1．4m，顶板、底板和腹板厚均为0．30m，于拱脚处渐变为高3．2m的矩形断面，系杆内设劲性骨架，纵向配置6束17~S15．2和10束15qbS15．2钢铰线；主桥下部结构采用柱式墩，桥台采用扶壁式台，基础采用钻孑L灌

5、注桩。拱肋的立面图如图1所示，系梁的立面图及预应力束分布位置见图2。主桥立面布置如图3所示。圈回回圈L————罔圃回罔回同图1拱肋的立面图图2系梁及预应力束分布位置图图3主桥立面布置图[收稿151期】2011-02—23【作者简介】丁晓燕(1982一)，女，江苏东台人，硕士研究生。第2期丁晓燕等：大跨度系杆拱桥施工过程中拱梁应力及变形的ANSYS分析452有限元建模2．1计算假设计算假设4个条件嘲：第一，钢管和混凝土之间粘结较好，没有相对的滑移和变形；第二，截面面积和形状在变形前后未变化；第三，忽略剪应力和剪应变对钢材屈服的影响；第四，桥面铺装层的质量

6、换算到桥面板。2．2建模要点(1)边界条件的处理。由于拱桥的施工过程实际上是拱肋强度的形成过程，同时拱桥下部结构刚度较大，没有考虑墩柱变形对上部结构的影响，因此本文忽略下部结构刚度的变化对拱肋施工过程的影响，而直接将支座部位按照实际情况进行约束，结构两端简支，这样既节省了大量运算，又保证了计算的精度。(2)拱肋的简化处理。目前我国对拱肋刚度的取值不明确，对钢管混凝土拱桥的拱肋主要有两种有限元模拟方法，即分离法和等效法。分离法是对钢管混凝土结构中的钢管和混凝土分别用两种材料来模拟。但不考虑钢管对核心区混凝土的套箍作用，即不予提高混凝土的强度等级。等效法则

7、是把钢管混凝土结构看作是一种材料，用统一的弹性模量和刚度来进行计算[31。本文钢管混凝土拱肋采用分离式来模拟，因为拱桥中的拱肋与房屋建筑中受压的柱子的受力特性及破坏形式有一定的差别，等效法的依据是现有的钢管混凝土结构设计与施工规范，而我们国家现有的钢管混凝土结构规范都是依据房屋建筑中的柱子为依据。(3)钢管混凝土拱桥吊杆和系杆处理。ANSYS里加预应力有几种方式：①直接在单元中加；②用F加力，然后在分析时打开Pretress，On；③用温度变化模拟。考虑到本桥是一个大型结构，单元形式选择较简单的单元，施工加预应力选取较为常规的方法②来模拟，其最主要优点

8、是不必考虑预应力筋的位置，直接建模。(4)钢管混凝土拱桥桥面系处理。桥面系主要是由梁结构组成，