大跨度高墩连续刚构桥应力特性分析-论文.pdf

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1、第30卷第3期甘肃科技％Z．30Ⅳ0．32014年2月GansuScienceandTechnolog3Feb．2014大跨度高墩连续刚构桥应力特性分析王晓鹏(兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州730000)摘要：大跨度预应力混凝土高墩连续刚构桥由于主梁连续、墩梁固结，且多采用三向预应力体系，使得桥梁受力复杂，空间效应显著。为了保证桥梁的结构受力安全，有必要对己设计好的结构进行空间分析。利用有限元理论模拟其受力机理进行了空间仿真计算和分析研究，建立三维有限元模型，综合考虑结构自重及预应力束的空间效应进行计算分析，得出了结论，对于正确指导此类桥梁的设计具

2、有一定的理论和工程实用价值。关键词：连续刚构桥；有限元；空间分析；应力中图分类号：U445．4预应力混凝土刚构桥具有外形美观，结构尺寸析。小，桥下净空大，桥面行车平顺等特点，近年来较多的应用在城市桥梁中。随着现代刚构桥梁跨度的不1工程概况断增大，桥梁在横向上的宽度也越来越大，大跨度预某在建大桥主桥为(72+128+72)m三跨预应应力混凝土连续刚构桥空间效应也表现的越来越明力混凝土单箱单室变截面连续刚构桥，箱梁顶宽显，平面分析的结果已很难反映桥梁的实际受力情11m，底板宽6．3m，箱梁顶板设置2％双向横坡，箱况。以往设计分析这些桥梁的方法主要采用结构

3、力梁的根部梁高为8．8m，中跨跨中梁高为4．8m，箱底学的基于平面杆系的有限元理论来求解，一些问题按二次抛物线变化，其顶板厚度50cm，腹板厚度在仅从平面上分析己经不能够得到满意的结果，对于40—70era之间，底板厚度在41～90cm之间。在梁刚构桥箱梁的剪力滞、扭转引起的截面应力分布不端和主梁与墩固结处设有横梁，但在中跨跨中及l／均匀、畸变等引起的应力分布不均匀或通过经典的4跨处均未设横隔板；梁体纵向预应力体系采用高变分法、扭转微分方程等理论求解，或通过采用一个强度低松弛钢绞线，顶板横向预应力采用4一l5．2内力增大系数或横向分布系数来考虑，或将

4、主梁离钢绞线，梁体腹板中的竖向预应力筋采用散成为一个理想的梁格体系，用空间杆系理论进行~p32mmPSB830螺纹钢筋。箱梁混凝土设计强度等分析，以上分析方法存在以下不足：级均为C50。1)理论计算方法推演繁琐，计算不易为工程师2空间分析模型建立与单元划分所掌握，而且荷载形式和边界条件也有很大的限制；根据该桥桥幅较宽的特点对主桥进行了三维有2)理想的理论模型和实际的空间结构有出入，因而存在模型的误差，当这种抽象的模型误差达到限元模拟，采用通用有限元程序ANSYS，建立该连一定的程度，便有可能造成内力计算和受力特性的续刚构桥的三维空间模型。在进行有限元

5、离散时，主梁采用板单元(SHELl_．63)来模拟，预应力筋采用低估，甚至出现严重的设计缺陷；杆单元(LINK10)，为了真实模拟三个方向的预应力3)内力增大系数的合理性，在很大程度上取决钢筋，模型中对三个方向的预应力筋采用和板单元于设计工程师的经验和直觉判断，有时带有很大的公用结点的方法进行模拟；桥墩采用实体单元盲目性，特别是对于大跨度连续刚构桥，箱梁横截面(SOLID65)。全桥共有22422个单元，23060个结的空间特性非常复杂，其空间效应非常显著，上述的点。全桥的有限元网格划分如图l所示。经典理论由于引入较多的假定，均无法准确的进行模型简化

6、了混凝土中的构造钢筋以及桥面上的分析。附属设施，在计算中将其质量等效到各相应的材料为了保证桥梁的结构受力安全，有必要对己设计好的结构进行空间分析，建立三维有限元模型，综中。由于预应力对桥梁结构的内力影响是很复杂合考虑结构自重、预应力束等空间效应进行计算分的，为了简化分析，对预应力在连续梁中的条件作了第3期王晓鹏：大跨度高墩连续刚构桥应力特性分析95=(3)钢筋松弛引起的应力损失值，公式如下：预应力钢绞线：=0．0250-预应力粗钢筋：=0．050-(4)分批张拉时混凝土弹性压缩引起的预应力损失按规范计人；(5)预应力钢筋的张拉有效应力：图1空间有限元

7、模型orh一51一一“一一些假定，同时为了提高结构模拟精度，结构离散及单元划分尽量做到：3计算荷载1)结构模拟时，尽量使薄板与结构相应部位的由于该桥箱梁腹板间距较大，因此对该桥进行重心重合；空间分析应重点研究在自重、二期恒载及预应力作2)桥跨方向单元划分考虑所有主要控制截面用下的应力行为。恒载主要有：主梁结构自重，二期位置，同时为了保证有足够的精度，在应力较大处，恒载(如桥面铺装、人行道栏等)。用杆单元中的预单元网络适当加密；应变来控制所施加的预应力。分析时，钢筋混凝土的弹性模量采用3．5×10MPa，泊松比采用0．167；3)箱梁横截面的模拟精度直

8、接影响到整个结钢铰线的弹性模量采用1．95×10MPa，泊松比采用构的模拟精度，而箱梁顶板和底板通常为变厚度