基于ANSYS體外預應力T梁關鍵部位受擾區分析

馬 鵑

體外預應力橋梁關鍵部位的局部應力較復雜,考慮到轉向塊、錨固塊為應力、應變多變區域,即受擾區,確定體外預應力T梁橋的受擾區長度較難。本文對其關鍵部位進行分析,確定其受擾區長度。

1 轉向塊模型建立

轉向塊的構造形式一般有3種,即橫隔板式、肋式和塊式。本文依托工程白馬壟橋為橫隔板式轉向塊(見圖1)。

先進行整體分析,將整體模型的邊界力加載在局部模型的邊界上,從而得到模型部分區域更加精確的數值解。取5 m節段進行分析,對該轉向塊采用子模型方法建模。該工程預留體外預應力鋼管孔道內徑為110 mm,面積為πR2=9503 mm2,錨下控制應力σ=1116 MPa。將該應力作為外力加在局部模型上。

混凝土是一種彈塑性材料,采用非線性應力—應變本構模型,并結合五參數強度準則,混凝土選用Solid65單元模擬,混凝土非線性應力—應變關系采用Hognested公式:

其中,ε0為峰值應變;σ0為應力峰值。

白馬壟橋混凝土材料的基本參數為:立方體強度為45MPa;軸心抗壓強度設計值fcd=20.5 MPa;軸心抗拉強度設計值 ftd=1.74 MPa;彈性模量 Ex=3.5×104MPa;泊松比 v=0.1667。

2 轉向塊應力分析

白馬壟橋跨徑為24 m+41 m+35 m的右幅橋,分析其中41 m橋跨轉向塊的受擾區長度。轉向塊中截面(轉向塊縱向對稱面)對稱向兩側每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。T梁轉向塊子模型圖見圖2。

由轉向塊中截面開始,對稱兩側0 m～0.6 m的范圍內,相鄰截面應變曲線變化較大。由轉向塊中截面開始,對稱取0.7 m～2.5 m的范圍內,相鄰截面應變曲線變化較大。距轉向塊中截面2.5 m～3.5 m的范圍內,相鄰截面應變曲線變化情況大致相同,該區域應變變化較有規律。

故可得到41 m跨徑轉向塊由中截面開始分別對稱于兩端2.5 m范圍為結構的受擾區,故受擾區節段長度為5 m(包含0.6 m的轉向塊長度)。

針對梁高為2.3 m,跨徑為41 m的體外預應力T梁橋,轉向塊受擾區長度約為梁高的1倍～2倍范圍。

考慮到跨徑對轉向塊受擾區長度有一定的影響,故對跨徑30 m,40 m的體外預應力橋進行分析。

針對跨徑為30 m的體外預應力T梁橋,分析轉向塊中截面向邊跨對應每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。由圖3可知:由轉向塊中截面開始,0 m～1.6 m的范圍內,相鄰截面應變隨梁高的曲線變化較大,2.5 m～5 m的范圍內,相鄰截面應變曲線大致相同,趨向于一直線變化。

故可得到30 m跨徑轉向塊由中截面開始分別對稱于兩端1.6 m范圍為結構的受擾區,故受擾區節段長度為3.2 m。

3 轉向塊受擾區長度確定

由上述分析可知:截面形式及外荷載作用一定時,轉向塊受擾區長度會受到跨徑長度的影響。對于體外預應力T形截面梁,橋梁跨徑在30 m～40 m范圍內,梁高為2.3 m時,轉向塊受擾區長度可選3.2 m～5 m的長度。故上述分析可知:體外預應力T梁橋轉向塊的受擾區長度一般為1倍～2倍梁高。

4 錨固塊模型的建立

對錨固塊進行局部分析同理采用子模型方法,如圖4所示。

5 錨固塊應力分析

錨固塊子模型的節段長度分析同樣采用對比相鄰截面的應變變化趨勢進行分析。

分析35 m T梁橋錨固塊處,由圖5可知:距錨固塊梁端截面0 m～2.3 m處相鄰截面應變隨梁高的變化曲線相差較大,該區域為受擾區。距轉向塊中截面2.3 m～2.6 m的范圍內,相鄰截面應變曲線變化情況大致相同,該區域應力應變變化較有規律。

故可得到41 m跨徑錨固塊由梁端截面開始2.3 m范圍為結構的受擾區,而對應分析結構的梁高為2.3 m,故該橋錨固塊的受擾區長度為一倍梁高。

同樣考慮到跨徑對錨固受擾區長度有一定的影響,故對跨徑30 m,40 m的體外預應力橋進行分析。

針對跨徑為30 m的體外預應力T梁橋,錨固塊處對應每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。由錨固塊梁端截面開始,0 m～2.3 m的范圍內,相鄰截面應變曲線變化較大,3 m～5 m的范圍內,相鄰截面應變曲線大致相同,為一直線變化。

故可得到30 m跨徑錨固塊由梁端截面開始2.3 m范圍為結構的受擾區,故受擾區節段長度為2.3 m。

針對跨徑為40 m的體外預應力T梁橋,對應每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。由錨固塊梁端截面開始,0 m～3 m的范圍內,相鄰截面應變曲線變化較大,3 m～5 m的范圍內,相鄰截面應變曲線大致相同,為一直線變化。

故可得到40 m跨徑錨固塊由梁端截面開始3 m范圍為結構的受擾區,故受擾區節段長度為3 m。

6 錨固塊受擾區長度確定

由上述分析可知:橋梁跨徑長度對體外預應力橋梁錨固區的受擾區長度有影響,但影響不大,對于工程體外預應力T梁橋錨固塊的受擾區長度一般為一倍梁高。

7 結語

體外預應力T梁橋轉向塊的受擾區長度一般為1倍～2倍梁高。根據相鄰截面的應變變化規律分析體外預應力T梁橋錨固塊受擾區長度一般為一倍的梁高范圍。

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