预应力混凝土变宽箱梁结构的空间分析.pdf

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1、第3期(总第146期)2010年6月中圄千放l张No．3(SeriaINo．146)CHINAMUNICIPALENGINEERINGJun．2010预应力混凝土变宽箱梁结构的空问分析袁明军1。刘孝武1，陆元春2，杨允表3(1．宁渡市绕城高速连接线公司，浙江宁波315010；2．上海市城市建设设计研究院，上海200125；3．合乐中国有限公司，上海200021)摘要：预应力混凝土变宽箱梁结构具有非常明显的空间力学效应，精细的力学分析在此类结构的设计中十分重要。介绍了大型通用软件ANSYS分析预应力混凝土变

2、宽箱梁结构的技术与方法．并且以宁波机场路高架的一联五跨预应力混凝土变宽箱梁为例，分析得到了一般经典的梁单元分析方法所不能得到的计算分析结果，为设计人员提供有价值的参考。关键词：预应力混凝土；变宽箱梁；有限元方法；ANSYS分析软件；结构分析中图分类号：U448．213文献标识码：A文章编号：1004-4666(2010J03-0018—031变宽箱梁结构的常用分析方法随着城市建设的快速发展．在城市干道桥梁工程中．预应力混凝土变宽箱梁桥因其较好的适应性能，得到了广泛应用。由于城市干道交通繁忙。车道较多．箱梁

3、桥面要求越来越宽．同时受桥面净空限制。这类桥梁普遍具有扁、平、宽的特点，结构空间效应显著。梁格法能从一定程度上反映箱梁受力的空间效应。因而得到广泛应用11-31。对于单箱多室或多箱多室的箱梁．梁格法有较高的实用价值．但也存在一些不足：纵向梁格和横向梁格的截面特性需要自行计算．对于变宽箱梁较为不便：虚拟横向梁格的设置具有较大的随意性．横向受力很难准确反应；梁格法不能反映结构局部应力分布情况。三维实体单元法是更为精确的一种方法。本文结合工程实践，采用大型通用有限元ANSYS软件．建立空间实体有限元模型．分析研

4、究空间效应。可为同类桥梁的设计提供参考。2ANSYS分析预应力混凝土箱梁的技术与方法2．1混凝土箱梁模拟ANSYS中提供“由上向下”建模和“自上而下”建模两种基本方法．以及直接从外部接口导入模型等方法。以混凝土箱形梁桥实体建模为例，如果采用“由上向下”建模方法。就先生成体．然后进行必要的布尔操作得到需要的形状：当采用“自上而下”建模方法时．先生成各个关键点或线或面元素。收稿日期：2010-03-0918然后由这些基本元素生成需要的箱梁体：也可以在各种三维软件中生成箱梁三维形状．然后直接导入ANSYS中。生

5、成箱梁三维形状后。需要对模型进行网格划分。施加荷载边界求解。2．2预应力效应模拟预应力混凝土的分析思路大致有两种：一是将力筋的作用以荷载的形式作用于结构即所谓的等效荷载法：二是力筋和混凝土分别用相应的单元模拟，预应力通过不同的模拟方法施加称之为实体力筋法。这两种方法都可根据不同的分析目的或需要而采用不同的单元进行模拟。等效荷载法概念清楚．但只适用于配束较简单的结构。实体力筋法．即在实体建模时．预应力筋和混凝土独立建模。混凝土一般用实体单元．女IIANSYS的Solid系列单元来模拟．而预应力筋一般用杆单元

6、来模拟，l}[ILink系列单元来模拟。其中对预应力的模拟一般又有降温方法和初应变方法。降温方法比较简单．同时可以设定不同位置的预应力不等．即能够对应力损失进行模拟：初应变法通常不能考虑预应力损失。否则每个单元的实常数各不相等．工作量较大。实体力筋法在建模处理上有3种处理方法。1)实体分割法。基本思路是先以混凝土结构的几何尺寸创建实体模型．然后用工作平面和力筋线拖拉形成的面．将混凝土实体分割。分割后实体上的一条与力筋线型相同的线定义为力筋线。这样不断分割下去。最终形成许多复杂的体和多条力筋线，然后分别进行

7、单元划分、施加预应力、荷载、边界中圄千丛王农袁明军，刘孝武，陆元春，等：预应力混凝土变宽箱梁结构的空间分析2010年第3期条件后进行求解。这种方法是基于几何模型的处理，力筋位置准确．求解结果精确．但当力筋线型复杂时．建模比较麻烦，甚至导致布尔运算失败。2)节点耦合法。基本思路是分别建立实体和力筋的几何模型．创建几何模型时不必考虑两者的关系．然后对几何模型的实体进行各自的单元划分．单元划分后采用耦合节点自由度将力筋单元和实体单元联系起来。这种方法是基于有限元模型的处理．基本步骤的描述见文献『41。这种方法建

8、模比较简单，缺点是当混凝土单元划分不够密时．力筋节点位置可能有些走动。造成一定误差。为消除该误差。势必将混凝土单元划分得较密．即以牺牲计算效率获得良好的计算精度。该方法是解决大量复杂力筋线型的有效方法。3)约束方程法。基本思路是通过ceintf锦ff令在混凝土单元节点和力筋单元节点之间建立约束方程。与节点耦合法建模相比较．更为简单．在分别建立几何模型和单元划分后．只需选择力筋节点ceintff命ff令自动选择混凝土单元的数个节