预应力混凝土箱梁整桥力学特性分析.pdf
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1、低温建筑技术 2 0 1 3年第 4期 ( 总第 1 7 8期 ) 预应 力混凝土箱梁整桥 力学特性分析 骆根水 , 张晓峰 , 王志 , 张景飞 ( 1 中国人民武装警察部队水 电第五支 队, 江苏常州2 1 3 0 3 1; 2 郑州大学 力学与T程科学学院 , 郑州4 5 0 0 0 1 ) 【 摘要】 基于大型非线性有限元软件 M S C M A R C , 建立整桥预应力箱梁三维非线性有限元模型, 其中混凝 土采用六面体单元, 钢筋采用 t r u s s 杆单元, 预应力通过钢筋单元的初始应力输入施加。模拟分析了整桥在各种汽 车工况荷载作用下的结构力学特性, 结果表明: 对称的车辆
2、荷载作用下 , 跨中截面最大主应力较小, 偏载的车辆荷 载作用下, 跨中截面最大主应力较大, 各种工况下最大主应力均小于混凝土抗拉强度, 混凝土不会开裂, 满足规范 要 求。 【 关键词】 预应力混凝土箱梁; 整桥; 实体单元 【 中图分类号】 T U 3 7 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 6 8 0 3 预应力混凝土箱梁具有稳定性好、 外形美观等优 点, 在现代结构设计中得到广泛应用, 已被用于大跨 度刚构桥 、 城市高架桥以及军用桥梁中 z 。随着电 子计算机的发展 , 有限元等现代数值分析方法在工程
3、分析中得到了越来越广泛的应用。同样在钢筋混凝 土结构分析中也显示出这一方法的强大生命力。 商用有限元程序在土木工程领域的混凝土和预 应力混凝土工程中的应用非常普遍, 主要的商业软件 有 A N S Y S , M A R C, A B A Q U S等。R a b c z u k等 采用有 限单元法研究了静力荷载作用下的预应力混凝土梁, 混凝土用实体单元进行模拟, 钢筋则采用梁单元 , 计 算模拟的结果与试验数据之间吻合较好。文献 4 对 预应力简支矩形梁进行 了有 限元分析 , 总结 出了利用 A N S Y S 分析预应力混凝土结构时的建模技巧以及预 应力施加方法, 并将计算结果与理论计算
4、值进行了比 较, 但仅限于线弹性阶段的分析, 文献 5 利用 A N S Y S 程序对预应力混凝土简支箱梁进行数值模拟, 对该梁 的安全性能进行评价。文献 6 基于大型有限元程序 A B A Q U S , 在考虑三 向预应力 的情况下 , 采用三维 实体 单元箱梁整体空间分析模型, 对箱梁进行了整体应力 分析, 并与采用空间梁单元的计算结果进行了分析对 比。其他 利 用 A N S Y S进 行桥 梁 非线 性分 析 的还 有 。在非线性有限元软件领域, M A R C一直受到业 界的关注, 被公认为较好 的非线性软件之一 , 得到 广泛的应用。 本文基于大型非线性有限元软件 M S C
5、MA R C建 立预应力混凝土箱梁整桥实体模型, 通过不同汽车荷 载工况下的结构力学性能分析, 对整桥的承载力状态 进行评估 。 1 工程背景 该桥全长为 7 5 m, 公路桥桥面总宽 1 3 5 m, 荷载等 级为公路- I 级 ; 人行桥桥面 总宽 3 1 m, 荷载等级 为人 群荷载。上部采用装配式预应力混凝土箱梁结构, 如 图 l 所示, 中跨跨径3 5 m箱梁, 梁高为 1 8 m; 边跨跨径 2 0 m, 梁高 1 2 m。公路桥横向布置两根中梁及两根边 梁, 梁间距 3 4 m, 横 向两根箱梁之间采用 l m宽湿接 缝形成刚性连接。人行桥横向布置 1 根边梁。箱梁顶 面均铺 0
6、 1 0 m厚 的 防水混凝 土和 0 0 7 m厚 的沥青 混 4结语 主梁高跨 比对主梁在地震作用下的位移, 内力有 较大影响, 主塔高跨比和拉索间距对主塔位移, 内力 影响较大。选择合理的设计参数, 对结构桥梁结构抗 震设计有着重要影响。 本文研究仅采用三个控制参数进行分析 , 其它设 计参数有待进一步考虑 ; 仅考虑一致地震激励下结构 的响应 , 对多点激励及行波效应等影响有待深入研究。 参考文献 1 陈宝 存, 黄卿维 波形钢腹 板 P c箱 梁桥应用 综述 J 公 路, 2 0 0 5 , 7 ( 7 ) 2 陈宝春, 黄玲, 吴庆雄 波形钢腹板部分斜拉桥 J 世界桥梁, 2 0
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