寬箱梁剪力滯效應(yīng)分析

楊 亞

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶市 400074）

寬箱梁剪力滯效應(yīng)分析

楊 亞

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶市 400074）

采用midas fea對某大橋?qū)捪淞悍謩e在自重、縱向預(yù)應(yīng)力、二期恒載作用下分析其剪力滯效應(yīng)，明確局部受力薄弱部位，為今后寬箱梁的設(shè)計提出合理數(shù)據(jù)參考。

有限元；midas fea；應(yīng)力；剪力滯

一、有限元模型

Midas FEA模型中分別使用以六面體為主的實體單元模擬混凝土梁體，使用桿系單元模擬縱向預(yù)應(yīng)力鋼束、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束以及普通鋼筋，其中混凝土梁體和縱向預(yù)應(yīng)力鋼束是通過Midas Civil提供的“桿系模型轉(zhuǎn)換到實體模型”接口從Midas Civil中直接轉(zhuǎn)換過來的，普通鋼筋和豎向預(yù)應(yīng)力鋼束則是在Midas FEA中直接輸入的。

二、自重

圖1給出了自重荷載作用下中跨跨中截面頂板頂緣的彎曲正應(yīng)力沿截面橫向的分布規(guī)律，從中可以明顯看出，自重荷載作用下，應(yīng)力均呈現(xiàn)靠近腹板區(qū)域的應(yīng)力要比遠離腹板區(qū)域的應(yīng)力大，且不同截面位置處的彎曲正應(yīng)力不均勻分布存在差別。

圖1 自重荷載下中跨跨中頂板的彎曲正應(yīng)力橫向分布特征

為評價彎曲正應(yīng)力沿寬箱梁翼緣的不均勻分布情況，特定義剪力滯系數(shù)λ，彎曲應(yīng)力不均勻系數(shù)δ和應(yīng)力差Δσ

其中：σ ˉ為同一高度處彎曲正應(yīng)力的平均值；σmax和σmin分別為同一高度處彎曲正應(yīng)力的最大值和最小值。

表1 自重荷載作用下各控制截面彎曲應(yīng)力不均勻系數(shù)δ、剪力滯系數(shù)λ

表1給出了自重荷載作用下各截面上下緣彎曲正應(yīng)力不均勻系數(shù)δ、相應(yīng)剪力滯系數(shù)λ，從表中可以看出：自重荷載作用下除中跨跨中截面以外，其他截面的剪力滯系數(shù)均≥1.1，即寬箱梁截面上下緣實際應(yīng)力將超出按初等梁單元計算應(yīng)力的 10%左右，甚至更大；相對而言，中跨四分點截面上下緣彎曲正應(yīng)力分布不均勻系數(shù)最大，但彎曲應(yīng)力差值最小，中跨跨中截面上下緣彎曲正應(yīng)力不均勻系數(shù)最小；支點截面應(yīng)力不均勻系數(shù)相對較大，設(shè)計時應(yīng)該多加注意。

三、縱向預(yù)應(yīng)力

圖2給出了縱向預(yù)應(yīng)力荷載作用下中跨跨中頂板頂緣和底板底緣的彎曲正應(yīng)力沿截面橫向的分布規(guī)律，從中可以明顯看出，縱向預(yù)應(yīng)力荷載作用下，不管是壓應(yīng)力還是拉應(yīng)力均呈現(xiàn)靠近腹板區(qū)域的應(yīng)力要比遠離腹板區(qū)域的應(yīng)力大，且不同截面位置處的彎曲正應(yīng)力不均勻分布存在差別。

表2給出了縱向預(yù)應(yīng)力荷載作用下各控制截面上下緣彎曲正應(yīng)力不均勻系數(shù)δ相應(yīng)剪力滯系數(shù)λ，從中可以看出：縱向預(yù)應(yīng)力荷載作用下除邊跨1/3截面下緣以外，其他截面的剪力滯系數(shù)均≥1.2，即寬箱梁截面上下緣實際應(yīng)力將超出按初等梁單元計算應(yīng)力的 20%左右，甚至更大；相對而言，中跨跨中截面上緣彎曲正應(yīng)力分布不均勻系數(shù)最大，彎曲應(yīng)力差值也最大，這主要是由于中跨跨中底板鋼束在腹板區(qū)域配置較多，導(dǎo)致跨中截面頂緣腹板區(qū)域的拉應(yīng)力相比其他地方更為顯著，這點在設(shè)計中應(yīng)有所關(guān)注。

圖2 縱向預(yù)應(yīng)力荷載下中跨跨中板頂?shù)膹澢龖?yīng)力橫向分布特征

表2 縱向預(yù)應(yīng)力荷載作用下各截面彎曲應(yīng)力不均勻系數(shù)δ、剪力滯系數(shù)λ

四、二期恒載

按照設(shè)計圖紙上給定的橋面鋪裝要求，采用 4cmSUP-13 細粒式瀝青混合料+6cmSUP-20 中粒式瀝青混合料也即10cm厚的瀝青混凝土，且對于護欄在其內(nèi)側(cè)采用波形梁護欄，外側(cè)采用鋼護欄。最終確定其二期恒載為53.3kN/m,并通過Midas FEA壓力面荷載對整體結(jié)構(gòu)加載。

圖3給出了二期恒載荷載作用下各控制截面頂板頂緣和底板底緣的彎曲正應(yīng)力沿截面橫向的分布規(guī)律，從中可以明顯看出，二期恒載荷載作用下，不管是壓應(yīng)力還是拉應(yīng)力均呈現(xiàn)靠近腹板區(qū)域的應(yīng)力要比遠離腹板區(qū)域的應(yīng)力大，且不同截面位置處的彎曲正應(yīng)力不均勻分布存在差別。

圖3 二期恒載作用下中跨跨中板頂?shù)膹澢龖?yīng)力橫向分布特征

表3給出了二期恒載作用下各控制截面上下緣彎曲正應(yīng)力不均勻系數(shù)δ、相應(yīng)剪力滯系數(shù)λ，從中可以看出：二期恒載作用下除跨中截面下緣以外，其他截面的剪力滯系數(shù)均≥1.1，即寬箱梁截面上下緣實際應(yīng)力將超出按初等梁單元計算應(yīng)力的 10%左右，甚至更大；相對而言，中跨四分點截面上緣彎曲正應(yīng)力分布不均勻系數(shù)最大，這主要是由于中跨跨中底板鋼束在腹板區(qū)域配置較多，導(dǎo)致跨中截面頂緣腹板區(qū)域的拉應(yīng)力相比其他地方更為顯著,這點在設(shè)計中應(yīng)有所關(guān)注。

表3 二期恒載作用下各截面彎曲應(yīng)力不均勻系數(shù)δ、剪力滯系數(shù)λ

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1007-6344（2016）07-0282-01

楊亞（1991-），重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生