三向預應力對長期下?lián)系挠绊懛治?/h1>
2014-03-07 07:03:20王鼎
黑龍江交通科技 2014年4期
王 鼎
(長安大學公路學院)
三向預應力對長期下?lián)系挠绊懛治?/p>
王 鼎
(長安大學公路學院)
近年來隨著有限元技術的發(fā)展，對長期下?lián)系难芯拷猩钊?，但針對橫向、豎向預應力對長期下?lián)系难芯枯^少。利用有限元軟件建模，分析了三向預應力對長期下?lián)系挠绊憽?/p>
有限元;實體單元;三向預應力;長期下?lián)?/p>
1 引言
大跨徑預應力混凝土梁橋具有跨徑大、成本低、剛度強等優(yōu)點，但是近年來大跨徑預應力混凝土梁橋的一些長期問題開始逐漸顯現(xiàn)出來。包括跨中長期持續(xù)下?lián)?、梁體開裂等。其中跨中長期撓度過大現(xiàn)象最為普遍。
2000年左右，在我國以黃石大橋、虎門大橋等為代表的一系列跨徑百米以上的連續(xù)剛構主跨持續(xù)下?lián)?，并引起底板、腹板等裂縫;隨后，一些百米左右跨徑的連續(xù)梁、連續(xù)剛構橋中也出現(xiàn)類似的問題。主梁下?lián)馅厔蓍L期得不到穩(wěn)定，梁體裂縫也不斷發(fā)展，已嚴重影響大跨徑混凝土梁橋使用安全，這都導致養(yǎng)護、加固費用大幅增加。主跨長期下?lián)狭窟^大和梁體開裂問題已成為制約大跨徑預應力混凝土梁橋使用的關鍵問題。
近年來隨著有限元技術的發(fā)展，對長期下?lián)系难芯枯^深入，但針對橫向、豎向預應力對長期下?lián)系难芯枯^少。三向預應力作用下的收縮徐變與泊松比有關，遵循混凝土的三維本構關系方程。計算所采用的MIDAS FEA三維有限元分析程序即在混凝土的三維本構關系方程基礎上，考慮三向預應力對長期下?lián)系挠绊?/p>
2 背景橋梁介紹
某橋梁主橋上部結構為(85+3×160+85)m預應力混凝土連續(xù)剛構，引橋上部結構為40 m預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部結構為空心墩及柱式墩、樁基礎。橋面凈寬:0.5 m(防護欄)+15.25 m(行車道)+2.0 m(中央分隔帶)+15.25 m(行車道)+0.5 m(防護欄)。
3 有限元模型建立
使用MIDAS FEA有限元分析軟件進行全橋實體建模，主梁按幾何形狀劃分為邊跨現(xiàn)澆段、合攏段、0#～20#塊，采用實體單元模擬。全橋鋼束包括縱向預應力束(頂班束、腹板束、底板束、合攏束)、豎向預應力束、橫向預應力束。預應力束共6 991束，其中縱向預應力束504束，通過定義鋼筋單元，施加鋼筋預應力進行模擬。在墩梁固結的地方，由于分兩次劃分網(wǎng)格組，產(chǎn)生了節(jié)點不對應，這里使用了FEA中的對稱粘結接觸來模擬。
4 計算分析結果
為比較分析橫向及豎向預應力對長期下?lián)系挠绊懀瑢⒎治瞿Ｐ头譃槿N工況。
工況一:考慮縱向預應力束、豎向預應力束、橫向預應力束。
工況一:考慮縱向預應力束、橫向預應力束。
工況一:考慮縱向預應力束、豎向預應力束。
工況一:僅考慮縱向預應力束。
通過MIDAS FEA有限元模型分析計算，得到各施工階段的豎向位移，如圖1。本文僅以長期下?lián)狭繛檠芯繉ο?，不考慮施工過程的撓度，認為此階段撓度在施工過程中通過預拋高已消除。因此長期下?lián)狭繛槭晔湛s徐變后的豎向撓度與成橋階段的豎向撓度的差值。
圖1 十年收縮徐變后的豎向撓度云圖
根據(jù)MIDAS FEA有限元模型分析結果，分別考慮四種工況，得到的十年收縮徐變后的長期下?lián)现等绫?。
表1 各工況長期下?lián)狭繉Ρ?/p>
計算結果表明橫向和豎向預應力能夠減小大跨徑預應力混凝土梁橋跨中長期下?lián)狭?，使用梁單元計算預應力混凝土梁橋長期下?lián)系姆椒ㄊ遣粶蚀_的，應在考慮三向預應力的基礎上進行撓度折減。
5 結論
橫向預應力、縱向預應力均對橋梁長期下?lián)蠁栴}有一定改善，但作用有限。同時施加三向預應力能夠有效的減小長期下?lián)狭?，大跨度連續(xù)剛構在進行施工過程預拋高時應考慮三向預應力對長期下?lián)系挠绊懀_保成橋線形的準確性。
［1］盧鋒，鄭恒斌，余曉琳.大跨度連續(xù)剛構橋長期下?lián)嫌绊憛?shù)分析［J］.科學技術與工程，2010，(14):3542－3545.
［2］熊紅霞，劉志宏.基于ANSYS的鋼管混凝土拱橋收縮徐變分析［J］.桂林電子工業(yè)學院學報，2004，(5):55－58.
［3］蘇成，朱毅德.預應力混凝土收縮徐變效應的塊體有限元分析［J］.中外公路，2008，(4):105－110.
［4］趙寶俊.豎向預應力作用下箱梁腹板的受力機理研究［D］.長安大學，2012.
U442
C
1008－3383(2014)04－0143－01
2014－02－16
王鼎(1989－)，男，山東棗莊人，長安大學公路學院碩士研究生。
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有限元;實體單元;三向預應力;長期下?lián)?/p>
1 引言
大跨徑預應力混凝土梁橋具有跨徑大、成本低、剛度強等優(yōu)點，但是近年來大跨徑預應力混凝土梁橋的一些長期問題開始逐漸顯現(xiàn)出來。包括跨中長期持續(xù)下?lián)?、梁體開裂等。其中跨中長期撓度過大現(xiàn)象最為普遍。
2000年左右，在我國以黃石大橋、虎門大橋等為代表的一系列跨徑百米以上的連續(xù)剛構主跨持續(xù)下?lián)?，并引起底板、腹板等裂縫;隨后，一些百米左右跨徑的連續(xù)梁、連續(xù)剛構橋中也出現(xiàn)類似的問題。主梁下?lián)馅厔蓍L期得不到穩(wěn)定，梁體裂縫也不斷發(fā)展，已嚴重影響大跨徑混凝土梁橋使用安全，這都導致養(yǎng)護、加固費用大幅增加。主跨長期下?lián)狭窟^大和梁體開裂問題已成為制約大跨徑預應力混凝土梁橋使用的關鍵問題。
近年來隨著有限元技術的發(fā)展，對長期下?lián)系难芯枯^深入，但針對橫向、豎向預應力對長期下?lián)系难芯枯^少。三向預應力作用下的收縮徐變與泊松比有關，遵循混凝土的三維本構關系方程。計算所采用的MIDAS FEA三維有限元分析程序即在混凝土的三維本構關系方程基礎上，考慮三向預應力對長期下?lián)系挠绊?/p>
2 背景橋梁介紹
某橋梁主橋上部結構為(85+3×160+85)m預應力混凝土連續(xù)剛構，引橋上部結構為40 m預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部結構為空心墩及柱式墩、樁基礎。橋面凈寬:0.5 m(防護欄)+15.25 m(行車道)+2.0 m(中央分隔帶)+15.25 m(行車道)+0.5 m(防護欄)。
3 有限元模型建立
使用MIDAS FEA有限元分析軟件進行全橋實體建模，主梁按幾何形狀劃分為邊跨現(xiàn)澆段、合攏段、0#～20#塊，采用實體單元模擬。全橋鋼束包括縱向預應力束(頂班束、腹板束、底板束、合攏束)、豎向預應力束、橫向預應力束。預應力束共6 991束，其中縱向預應力束504束，通過定義鋼筋單元，施加鋼筋預應力進行模擬。在墩梁固結的地方，由于分兩次劃分網(wǎng)格組，產(chǎn)生了節(jié)點不對應，這里使用了FEA中的對稱粘結接觸來模擬。
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為比較分析橫向及豎向預應力對長期下?lián)系挠绊懀瑢⒎治瞿Ｐ头譃槿N工況。
工況一:考慮縱向預應力束、豎向預應力束、橫向預應力束。
工況一:考慮縱向預應力束、橫向預應力束。
工況一:考慮縱向預應力束、豎向預應力束。
工況一:僅考慮縱向預應力束。
通過MIDAS FEA有限元模型分析計算，得到各施工階段的豎向位移，如圖1。本文僅以長期下?lián)狭繛檠芯繉ο?，不考慮施工過程的撓度，認為此階段撓度在施工過程中通過預拋高已消除。因此長期下?lián)狭繛槭晔湛s徐變后的豎向撓度與成橋階段的豎向撓度的差值。
圖1 十年收縮徐變后的豎向撓度云圖
根據(jù)MIDAS FEA有限元模型分析結果，分別考慮四種工況，得到的十年收縮徐變后的長期下?lián)现等绫?。
表1 各工況長期下?lián)狭繉Ρ?/p>
計算結果表明橫向和豎向預應力能夠減小大跨徑預應力混凝土梁橋跨中長期下?lián)狭?，使用梁單元計算預應力混凝土梁橋長期下?lián)系姆椒ㄊ遣粶蚀_的，應在考慮三向預應力的基礎上進行撓度折減。
5 結論
橫向預應力、縱向預應力均對橋梁長期下?lián)蠁栴}有一定改善，但作用有限。同時施加三向預應力能夠有效的減小長期下?lián)狭?，大跨度連續(xù)剛構在進行施工過程預拋高時應考慮三向預應力對長期下?lián)系挠绊懀_保成橋線形的準確性。
［1］盧鋒，鄭恒斌，余曉琳.大跨度連續(xù)剛構橋長期下?lián)嫌绊憛?shù)分析［J］.科學技術與工程，2010，(14):3542－3545.
［2］熊紅霞，劉志宏.基于ANSYS的鋼管混凝土拱橋收縮徐變分析［J］.桂林電子工業(yè)學院學報，2004，(5):55－58.
［3］蘇成，朱毅德.預應力混凝土收縮徐變效應的塊體有限元分析［J］.中外公路，2008，(4):105－110.
［4］趙寶俊.豎向預應力作用下箱梁腹板的受力機理研究［D］.長安大學，2012.
U442
C
1008－3383(2014)04－0143－01
2014－02－16
王鼎(1989－)，男，山東棗莊人，長安大學公路學院碩士研究生。
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