泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板纵向开裂的影响研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com68世界桥梁2016，44(2)泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板纵向开裂的影响研究夏飞，段宝山(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056)摘要：为了研究泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板内力的影响，探究混凝土板纵向开裂的原因，以国内某主跨480m的组合梁斜拉桥为工程背景，采用有限元法分别建立全桥空间网格模型(未考虑泊松效应)和板壳单元模型(考虑泊松效应)，从弹性理论的角度探索了组合梁混凝土板的泊松效应，计算辅助墩墩顶5个节段和主跨四分点5个节段混凝土顶板的横向应力和横

2、向应变。计算结果表明：在辅助墩墩顶及主跨四分点处混凝土板的纵向压应力较大，2种模型的混凝土板横向应力也基本处于压应力状态；按照空间网格模型计算得到混凝土板的横向应变基本为压应变，而按板壳单元模型计算得到的混凝土板的横向多处于拉应变状态，接近于混凝土双向受力状态下的极限拉应变；该组合梁混凝土顶板的泊松效应明显，其产生的横向应变是混凝土板纵向开裂的主要原因。关键词：斜拉桥；组合梁；混凝土板；泊松效应；横向应力；横向应变；开裂；空间网格模型；板壳单元模型；有限元法中图分类号：U448．27；U448．216文献标志码：

3、A文章编号：167l一7767(2016)02—0068—051引言半径为12000m，与两侧边跨顺接(纵坡2．45)。组合梁斜拉桥的应用已有60余年历史。最初主梁与桥塔之间通过纵向限位阻尼约束装置限制其组合梁斜拉桥设计时，一般将混凝土板当作强度储纵向位移，横向风荷载则通过横向抗风支座进行传备，不考虑其提供的抗力作用。随着1982年德国学递。主梁与过渡墩及辅助墩之间设置了纵向滑动支者Leonhardt第一次提出现代组合梁斜拉桥设计理座，并限制横向相对运动。念，人们逐渐试图利用混凝土板与钢主梁的协同作用，让混凝土板

4、承担组合梁巨大的轴力。目前组合梁斜拉桥多采用平面梁格或空间网格法计算，在满足混凝土板应力设计要求的情况下，横向配筋主要是为了防止剪力键周围的纵向抗剪和局部纵向劈裂，然而依据该方法设计的诸多组合梁斜单位：m拉桥的混凝土板常出现规律的纵向开裂病害口]。图1主桥立面布置根据弹性力学理论，斜拉桥组合梁强大的轴压力会主桥主梁采用半封闭钢箱组合梁(见图2)，组导致组合梁混凝土板产生较大的横向应变，而梁格合梁含风嘴全宽约42．51TI，中心线处高3．5m(不法无法模拟该变形【3“]，忽略了泊松效应的影响。含铺装)。混凝土桥面板

5、标准厚度260mm，在边跨为了研究泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板内力的加厚至400mm。组合梁混凝土板采用C6O高性能影响，找出混凝土板纵向开裂的原因，以国内某新建混凝土，混凝土桥面板与钢箱梁上翼缘采用剪力钉双塔双索面组合梁斜拉桥为背景，采用有限元法建进行连接。钢箱梁采用双箱单室结构，箱室内底板立全桥空间网格模型和板壳单元模型，计算主跨四和腹板设有U形纵向加劲肋。箱室间采用横隔板分点以及辅助墩墩顶主梁的横向应力和横向应变。进行连接，且延伸至箱室内部，横隔板纵向标准间距为4．5In，局部加强处采用3in间距。主桥斜

6、拉索2工程概况采用标准强度1670MPa平行钢丝斜拉索，按密索某桥为(70+140+480+14O+70)m五跨连续体系布置，组合梁上标准索距为9in。主桥桥塔采飘浮体系组合梁斜拉桥，在主桥两侧边跨均设有用钻石形，桥塔总高152．76m。辅助墩(见图1)。主桥主跨采用圆弧曲线，竖曲线该桥设计荷载为双向6车道公路一I级荷载、收稿日期：2015—10—2O作者简介：夏飞(1976-)，男，高级工程师，1998年毕业于武汉理工大学交通土建工程专业，工学学士(E-mail：xiafei999@163．com)。学兔兔ww

7、w.xuetutu.com泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板纵向开裂的影响研究夏飞，段宝山69塑：14．25．2．14．25单位：m图2主梁标准横断面图4组合梁空间网格模型人群荷载2．5kN／m。，设计行车时速80km，抗震设杆系有限元模型，计算得出了成桥初期组合梁钢箱防等级为Ⅶ级。梁和混凝土板的内力及位移，然后从中提取拟考查节根据成桥初期主桥组合梁混凝土板病害调查，段的端部内力和位移，作为节段精细模型的边界条件。发现全桥混凝土板底面均出现不同程度的纵向开裂由计算结果可知，组合梁混凝土板在辅助墩至桥塔段轴力和弯矩均较

8、大。由于桥塔区域组合梁截现象，其中辅助墩墩顶一段区域以及主跨四分点区面进行了局部加强，并且加密了横隔板以及设置了域纵向裂缝相对较多且裂缝分布具有明显的规律性，裂缝宽度为0．8～1．2mm、长度为0．8～3．0m。横向抗风支座，因此该区域裂缝仅零星分布。本文重点对受力特征明确、纵向裂缝较多且规律性较强组合梁混凝土板典型裂缝分布如图3所示。的辅助墩墩顶5个节段以及主跨四分点附