变截面预应力混凝土连续箱梁桥0-号块空间应力分析.pdf
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1、公路交通技术2 0 1 3年 2月 第 1期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t F e b 2 0 1 3 N o 1 变截面预应力混凝土连续箱梁桥 O # 块空间应力分析 宁 舟, 李传 习, 欧见仁 ( 长沙理工大学土木与建筑学院, 长沙4 1 0 0 0 4 ) 摘要: 针对预应力对薄壁箱梁结构0 块剪滞效应影响研究不足的现状, 以某变截面预应力混凝土连续箱梁桥为背 景工程, 基于 Mi d a s C i v i l 建立全桥整体模型, 并用 A N S Y S建立该桥 0 块 实体模型。分析 0
2、块在不同工况下的空间 应力状况, 揭示0 块的受力特性和应力分布规律 , 同时分析最大双悬臂状态下预应力对箱梁 0 块剪力滞效应的影 响, 得 出预应力对剪力滞效应有抑制作用等结论。 关键词 : 连续箱梁桥; A N S Y S ; 0 块 ; 应力分布规律; 剪力滞 文章编号: 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 4 2 0 5 中图分类号: U 4 4 8 2 1 3 文献标识码: A An a ly s i s f or S t r e s s o f N0 0 Bl o c k Sp a c e o f Va r ia b le Cr o s s -
3、 s e c t i o n Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Co n t i n u o u s Bo x g i r d e r Br id g e s N I NG Z h o uL I C h u a n x i OU J i a n r e n Ab s t r a c t :Ai mi n g a t t h e s t a t u s o f i n s u ffi c i e n t r e s e a r c h o n i n flu e n c e s o f s t r e s s o n s he a r l a g e f f
4、 e c t o f No 0 bl o c k s o f t hi n wa l l b o x g i r d e r s t r uc t u r e s,t h i s pa p e r e s t a bl i s h e s i n t e g r a l mo d l e o f t h e wh o l e b r i d g e ba s e d o n Mi d a s Ci v i l wi t h s o me v a r i a b l e c r o s s s e c t i o n p r e s t r e s s e d c o nc r e t e c
5、o n t i n u o us b o x- g i r d e r b r i dg e a s a b a c k g r o u n d p r o j e c t a n d e s t a b l i s h e s p h y s i c a l m o d e l o f N o 0 b l o c k s v i a A N S Y S T h e p a p e r a n a l y z e s s p a c e s t r e s s c o n d i t i o n s o f No 0 b l o c k s u n d e r d i f f e r e n
6、t wo r k i n g c o n d i t i o n s a n d d i s c l o s e s l o a d e d c h a r a c t e r i s t i c s a n d di s t r i bu t i o n l a w o f s t r e s s o f No 0 b l o c k s,a n d me a n t i me a n a l y z e s i n fl ue n c e s o f p r e s t r e s s o n s h e a r l a g e f f e c t o f No 0 b l o c k s
7、 o f b o x g i r d e r s i n t h e s t a t e o f t h e ma x d o u b l e c a n t i l e v e r s t o o b t a i n c o n c l u s i o n s t h a t p r e s t r e s s ha s i n h i b i t o r y a c t i o n f o r s h e a r l a g e f f e c t ,e t e Ke y wor ds :c o n t i n u o us b o x g i r d e r b r i dg e s ;
8、ANS YS;No 0 bl o c k;d i s t r i bu t i o n l a w o f s t r e s s;s h e a r l a g 变截面预应力混凝土连续梁桥 由于在恒活载作 用下支点负弯矩对跨中有卸载作用, 使内力状态比 较合理, 同时还能增大桥下净空 , 节省材料 , 因此 近年来其已成为广泛采用 的桥型。在对变截面预应 力混凝土连续梁桥进行整体设计时 , 通常会利用平 面杆系程序进行计算 , 而在 0 块范 围内一般有沿桥 跨方向变厚度的顶板 、 腹板 、 底板以及带人孔洞的横 隔板 , 并且在各板件之间还有不同形状的承托倒角 , 这些因素决定 了其应力是
9、复杂 的三维应力状态 , 仅 仅采用平面杆系程序进行分析难以满足 0 块的受 力要求 , 应对0 块进行局部空间受力分析 J 。葛素 娟等 以水南特大桥主桥为研究对象, 利用大型通 用有限元程序 Mi d a s C i v i l 建立 了该桥桥墩 0 块 的 空间有限元计算模型,对 0 块在施工阶段及成桥运 营阶段 2种工况下的应力进行了分析 。于高志等 以龙华松花江特大桥为研究对象 , 利用有 限元程序 A n s y s 对龙华松花江特大桥 的 0 块 内横隔板建立空 间三维有限元模型 , 并对其在各个施工 阶段 内的受 力情况进行空间分析。王艳等 以孙 口黄河公路大 桥为工程实例 ,
10、 运用 Mi d a s C i v i l 和 A n s y s 有限元程 序分别建立了该桥梁 的整体计算模型 和 0 块梁段 的局部计算模型,考虑桥梁施工 、 成桥以及运 营阶 段多种工况对 0 块梁段进行 了局部受力分析。依 据其计算, 该桥梁原设计的 0 块梁段隔板与腹板、 底板交接处, 底板支座等部位较为薄弱, 需局部加 强。从这些计算可以看出, 用大型程序对箱梁 0 块 进行 空 间应 力 分 析 在 实 践 中 已得 到 了 大 量 应 用 J , 并取得 了良好效果。 基金项 目: 国家 自然科学基金 ( 5 0 7 7 8 0 2 4) ; 博士点基金 ( 2 0 1 1
11、4 3 1 6 1 0 0 0 2) ; 长湘高速公路 “ 两型” 科技示范工程项 目( C X K J S F 0 1 0 8 3 ) 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 7 1 1 作者简介 : 宁舟( 1 9 8 8 一 ), 男 , 湖南省长沙市人 , 在读研究生 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年 第 1 期 宁 舟 , 等 : 变截面预应力混凝土连续箱梁桥 0 块空间应力分析 4 3 对于翼缘较宽的薄壁箱梁 , 在发生对称挠 曲时 , 由于翼板中的剪切变形使翼板远离肋板处 的纵向位 移滞后于肋板边缘处, 出现“ 剪力滞效应” 。早在 1
12、 9 6 9 -1 9 7 1 年 , 奥地利 、 英 国、 澳大利亚和德 国就发 生了 4起因没有足够重视“ 剪力滞效应” , 导致应力 过分集中以致桥梁失稳破坏 的事故。此后 , 薄壁箱 梁的剪力滞问题引起了各国桥梁专家的高度重视。 近几十年来大量学者从解析理论 、 数值解法和模 型 试验等方面对该 问题进行 了研究 , 提 出了许多新的 设想和理论, 并获得了许多有价值的科研成果_ 9 。 但对于箱梁剪力滞的研究大多集 中在荷载和均布荷 载作用下的剪力滞分布规律_ 】 , 而对于考虑预应力 对薄壁箱梁结构剪力滞效应影响的研究 , 公开发表 的文献很少。本文 以某变截面预应力混凝土连续箱
13、梁桥为工程背景 , 分析该桥 0 块在不 同工况下的受 力特性以及应力分布规律 , 同时分析其在最大双悬 臂状态时, 预应力对箱梁 0 块剪力滞效应的影响。 1 工 程概 况 某桥上部结构为 4 0 m+ 7 0 m+ 4 0 m 变截面预应 力混凝土左右分幅连续箱梁, 主梁采用 C 5 0混凝土, 单幅采用变截面单箱单室。单幅箱梁顶宽1 0 m, 底宽 5 m。主梁 0 块高 3 5 m, 合龙段梁高均为 2 m。O 块 处腹板厚 0 6 m, 跨中截 面腹板厚 0 4 m。箱梁墩顶 底板厚 0 3 5 m, 跨中处为 0 2 m, 顶板厚度均为 0 2 5 m, 翼缘厚度均为0 2 m 。
14、边跨和中跨合龙段长度均 为 2 m, 设 1 5 横坡, 2 纵坡。梁底 下缘按 2次抛 物线变化 , 腹板厚度按线性变化 , 墩顶处 0 块设 2 m 厚横隔板 , 横隔板设人洞, 具体构造见图 1 。 聂 I 1 4 0一 j 墟 I 一 1 4 0 一 l I 一 一 1 4 0 一|6 Q | 6 Q 一 1 4 0 r 、 一 单位 : c m 图 1 某桥 0 块纵 断面 2 计算分析 谢 肖礼等 指出, 采用有 限元法对大跨度桥梁 进行局部受力分析时 , 可先用梁单元 对桥梁进行整 体计算 , 得到桥梁局部切开节点处的内力和位移 , 并 将此作为桥梁局部切开节点处的外力和位移边界
15、条 件 , 然后再进行桥梁局部变形和应力 计算 。本 文基 于上述思想 , 将箱梁 0 块梁段从桥梁整体结构 中取 出, 用较为精确的空间实体单元模拟, 并将桥梁整体 分析得出的内力和位移值施加在局部切开处 , 再对 箱梁 0 块梁段进行局部应力分析 , 以了解箱梁 0 块 梁段局部受力特征。 2 1 空间有限元模型建立 根据圣维南原理 , 为 了使所研究的 0 块端 面 的应力状况与实际情况相差不大 , 应使 0 块端 面至 计算模型边界有一段足够长 的过渡区 , 一般 为梁 高 的1 2 倍 , 因此将 l 块也包含在计算模型中。 根据混凝土的受力特点, 混凝土采用 6面体 8 节点单元
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