大懸臂展翅箱梁橋受力分析

摘要：本文以橫琴二橋南引橋為工程背景，運用ANSYS建立有限元模型，并與實際測試數據對比，分析大懸臂展翅箱梁橋橫向受力特性，可為類似橋型的設計提供參考。

Abstract： In this paper， taking the south bridge of Hengqin Ⅱ Bridge as the engineering background， the finite element model is established by using ANSYS， and compared with the actual test data. The transverse force characteristics of the cantilever wing box girder bridge are analyzed， which can provide reference for similar bridge design.

關鍵詞：大懸臂展翅箱梁；有限元；受力特性

Key words： large cantilever wing box girder；finite element；stress characteristics

中圖分類號：U441+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）14-0098-02

0 引言

隨著城市橋梁建設的飛速發展，箱形截面以其良好的受力特性以及在城市橋梁領域已得到了廣泛應用[1]。現代的橋梁建設為了滿足日益增長的交通量，橋梁車道數越多，橋梁橫向寬度越來越大。對于箱梁梁橋常見的形式有單箱多室，多箱單室，多箱多室等。本工程采用單箱多室大懸臂展翅箱梁，大懸臂展翅箱梁橋整體結構造型優美，并且能較好的與現代化城市相協調；上部采用大懸臂箱梁結構可提供較多行車道，滿足日益增長的交通量；下部結構可以采用各類造型優美的橋墩，使橋梁既美觀又實用[2]。本文以橫琴二橋南引橋為研究對象，通過理論計算和實測數據進行對比，對其橫向受力進行分析[3]。

1 工程背景

橫琴二橋標準梁寬33.5m，雙向6車道，采用大懸臂展翅分層現澆箱梁，懸臂長達8m，橋跨42m，箱梁高2.5m，箱梁頂寬33.50m，底板寬17.50m，箱梁頂板底板均厚0.25m，在支點附近局部加厚，以適應結構受力需要，挑梁端部沿縱向設小縱梁，小縱梁高45cm，寬80cm，以增強箱梁翼緣的抗扭作用，挑梁間下緣弧形板采用橢圓曲線，全聯弧形板曲線線形一致，板厚和挑梁下翼緣相同，厚20cm[2]。建成后效果圖如圖1所示。

2 實橋測試

橫琴二橋南引橋采用滿堂支架現澆施工，但由于其分段施工的體積比較大，屬于大體積混凝土，為了降低大塊混凝土的水化熱，橫琴二橋南引橋采用分層分段澆筑混凝土，箱梁分兩層澆筑。對橫琴二橋南引橋4×42m一聯進行應力測試，在截面關鍵位置布置應力測試點，對大懸臂預應力混凝土箱梁橋的應力分布進行測量。測點布置圖2、圖3所示。

實橋測試采用埋入式正弦傳感器和粘貼振弦式傳感器測量箱梁結構的應變。采用采集儀器將應變自動轉換應力。振弦傳感器具有較強的抗干擾能力和穩定性，適用各類工作環境，在工程中廣泛運用。但傳感器精度也受一些因素影響，如自身的自造精度，環境的溫度影響以及在使用中對傳感器的運用保管不當。這些都會影響傳感器測試的精度，應引起注意，計算誤差。

3 有限元模型

選取橫琴二橋南引橋4×42m的一聯用ANSYS有限元軟件建立模型，采用ANSYS中的solid65單元模擬混凝土，link8單元模擬預應力鋼筋。先建立幾何體結構，劃分單元，再將預應力鋼筋和混凝土擬合。為了提高計算結果的精度，模型采用精細網格單元，且理論計算模型與實測橋梁有相同的情況相同約束條件及受力。因為橫琴二橋南引橋采用的分層分段現澆，所以建模也采用相同的施工過程分析，提取相應工況的結果數據。有限元模型如圖4所示。

4 理論計算與實測結果對比分析

本文通過建立橫琴二橋南引橋有限元模型，提取與實測截面對應測點的應力。對比由圖5和圖6所示。從圖5和圖6可以看出理論計算和實測結果比較接近，誤差在10%左右。說明ANSYS有限元軟件可以較好的模擬結構受力。

5 橫向受力分析

大懸臂展翅預應力混凝土連續箱梁橋，由于其懸臂較長，結構橫向相應明顯。在做設計時，不僅要配縱向力筋，還要配置一定數量的橫向力筋滿足結構受力。橫向預應力筋是用以保證橋梁的橫向整體性、橋面板及橫隔板橫向抗力的主要受力鋼筋[4]。本文將以橫琴二橋南引橋為依托工程，分析該橋在橫向預應力鋼筋作用下的受力分布規律。

將模型按配置和不配置橫向預應力分別計算分析，取結構的第1跨跨中，2號墩進行變形和應力對比分析。對比結果如圖7-圖10。從這4個圖中可以看出南引橋的橫向變形和應力在布置和不布置橫向預應力鋼筋具有相同的變化趨勢，橫向變形都是懸臂端部變形最大，根部變形最小。橫向應力分布，懸臂根部較端部大特別是支座處。但從圖7-圖8可以看出結構在布置了橫向預應力的情況下能較好的改善結構變形，最大減小達80%。從圖9-圖10 應力分布可以看出，結構在布置橫向預應力鋼筋可以較好減小結構的應力特別是跨中截面，墩頂截面應力最大減小36.5%。跨中截面應力最大減小71%。

6 結論

本文以橫琴二橋南引橋為工程背景，采用大型通用有限元軟件ANSYS建立有限元實體模型，根據相應的施工工況提取相應的數據結果與實測結果對比分析。并通過建立的實體模型分析其空間受力特性。通過分析得出以下結論：①ANSYS有限元軟件可以較好分析結構空間受力；②對于大懸臂結構，橫向預應力可以較好的約束結構變形及減小結構應力。

參考文獻：

[1]沈桂平.預應力混凝土弧形底寬箱粱受力及構造特點研究[J].中國市政工程，2007（S1）：56-59.

[2]肖金梅.橫隔板對大懸臂展翅箱梁橫向受力的影響分析[J].廣東公路交通，2016.

[3]陸光閭，曹中銀，徐科英，等.城市高架弧形底寬箱梁橋橫向效應分析[J].中國市政工程，2004（4）：17-23.

[4]鄭建新.大懸臂弧線底板城市高架箱梁橋空間受力性能研究[D].中南大學，2010.