城市宽箱梁桥的数值计算方法比较研究

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1、220科技研究城市道桥与防洪2014年5月第5期城市宽箱梁桥的数值计算方法比较研究张全阳，李坤(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010)摘要：分别运用有限元软件ANSYS及MIDAS／Civil对某座城市三跨预应力混凝土连续宽箱梁桥分别建立了有限元实体模型与梁格模型，对比研究了两种模型在同一荷载工况下受力特性的异同。分析结果表明：对于宽箱梁桥，空间实体模型比梁格模型具有更高的准确性。关键词：宽箱梁桥；有限元；实体模型；梁格模型中图分类号：U448．21+3文献标识码：B文章编

2、号：1009—7716(2014)05—0220—03单元SOLID45模拟箱梁，空间杆单元LINK8模拟O引言预应力钢束。实体单元与杆单元的耦合采用实体一作为城市桥梁的主要结构形式，现浇连续宽箱预应力索法，在有限元力学模型上使用约束方程法梁桥得以大量修建。宽箱梁桥具有明显的空间受进行处理。预应力的施加通过降温法加以实现，模型力效应，包括剪力滞效应【11、薄壁效应和各腹板受考虑了各向预应力。网格划分采用映射网格划分[31，力分布等特[21。目前在工程实际中针对复杂桥梁整个模型的网格划分规整、均匀

3、，充分考虑了荷载的结构的主要数值计算手段包括：单梁杆系模型、空施加、关位置的网格划分。整个模型共有325032个间实体有限元法及空间梁格法。单梁模型无法对单元，392469个结点。图2为结构空间有限元模型。箱梁的空间效应进行计算，而其余两种方法均能2．2MIDAS梁格模型进行空间受力分析。现以某城市连续宽箱梁桥为采用通用空间有限元分析软件MIDAS／Civil研究对象，分别运用实体有限元法及空间梁格法2012对该城市连续宽箱梁建立空间梁格模型，在对其主梁结构进行分析计算。腹板处建立纵梁，纵梁间通

4、过横向刚性虚拟单元进行联系，移动荷载施加在横向单元上。箱梁的剪力1工程背景滞效应按公路规范的规定进行计算。由于梁格模型该桥为(32+45+32m预应力混凝土连续箱梁无法施加横向预应力，所以模型只考虑了纵向预应桥，桥面宽34．8m。梁体结构为等截面单箱七室箱力，没考虑横向预应力。全模型共1279个单元，梁，其边腹板为弧形斜腹板。梁高2．2m，顶板宽730个节点。34．8In，底板宽24．74m，顶板厚25em，底板厚22cm，2．3计算荷载及工况斜腹板厚32em，直腹板厚45cm，箱梁设双向2％为

5、了对比分析的需要，两个模型采用了相同的横坡，箱梁混凝土设计强度等级为C50，采用纵向荷载工况，即：箱梁自重+二期恒载+预应力+5车与横向双向预应力体系。纵向、横梁预应力钢束采道偏载。主梁结构自重大小为26kN／m3,移动荷载为用低松弛高强度钢绞线，预应力管道采用PE塑料横向5车道偏载，纵向施加于第一孔与第三孔。钢波纹管，钢绞线抗拉强度标准值为l860MPa，单根筋混凝土的弹性模量采用3．5×10MPa，泊松比采钢绞线直径为。15．2mm，钢绞线面积139mm2，弹用0．167。钢绞线的弹性模量采

6、用1．95×10MPa，性模量Ep=195000MPa。机动车道荷载等级：公泊松比采用0．3。路一I级。图l为箱梁跨中横断面。3箱梁的受力对比分析2计算模型及主要参数由于该联桥共3孔，每孔4等分为控制截面，2．1ANSYS实体模型因此箱梁截面的法向应力分析对于半桥共取7个采用大型通用有限元分析软件ANSYS11．0对控制截面，其编号及位置示意图见图3。该城市连续宽箱梁建立空间实体模型，空间实体3．1法向应力的横向分布对比收稿日期：2013—12—20将两个模型的箱梁顶板法向应力横向分布进作者简介

7、：张全阳(1971一)，男，湖北武汉人，高级工程师，从事行对比，如图4所示。道路桥梁工程设计工作。222科技研究城市道桥与防洪2014年5月第5期通过对结果的比较可以发现，MIDAS梁格模4结语型无法考虑横向预应力，且不能反映箱梁的剪力滞通过对两种模型各项力学特性计算结果进行效应，其箱梁顶板法向应力的横向分布不准确。对比，可得到如下主要结论：ANSYS实体模型的箱梁顶板法向应力横向分布能(1)实体模型的计算分析结果能反映城市宽箱体现箱梁顶板的横向预应力的作用及剪力滞效梁桥的剪力滞效应，其数值计算

8、结果更准确。应，其结果比较准确。(2)由于梁格模型无法考虑横向预应力，在计3．2腹板剪力比较算布置有横向预应力的箱梁时其计算出的应力横ANSYS实体模型通过对腹板区域积分得到腹向分布结果不准确。板剪力与MIDAS梁格模型里读取的腹板剪力进行(3)空间有限元实体模型计算出的宽箱梁桥多对比，箱梁腹板编号从左到右依次为F1～F8。梁格腹板的剪力分布更加准确。模型的腹板剪力比较如表1所示。参考文献通过比较可以发现两种模型的腹板剪力值有[1】张士铎，邓小华，王文卅l_箱形薄壁梁剪力滞效应[M】．北京：人民