混凝土箱梁力學性能的有限元分析

洪學娣

摘要： 應用ANSYS工程結構軟件即有限元軟件分別用梁單元和殼單元對混凝土連續曲線箱梁進行建模，在自重和車荷載的公共作用下進行受力分析，得到結構的變形圖、位移和應力圖等，之后將得到的結果進行對比，我們可以得到通過這兩種不同單元建立的模型均是正確的，模型的強度和剛度均滿足理論要求。

Abstract： The finite element software ANSYS is used to model the concrete continuous curved box girder with beam element and shell element. The mechanical analysis of the concrete box girder under the common action of self-weight and vehicle load is carried out to obtain the deformation diagram， displacement and stress maps， etc. After comparing the results obtained， we can get the model established by these two different units are correct， and the model's strength and stiffness meet the theoretical requirements.

關鍵詞： 箱梁；曲線；有限元

Key words： box girder；curve；finite element

中圖分類號：U441 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0114-02

0 引言

時代在進步，科學在發展，隨著現在科技的高速發展，城市與城市之間修建越來越多的交通設施，高速公路在飛速的進步和拓展，其施工的工藝越來越完善。近年來，我國修建了許多高速公路，例如京滬高速、京哈高速、京港澳高速等等。目前也有很多正在修建中高速公路，修建高速公路已經是時代潮流。箱型梁能有效的抵抗正負彎矩，適應性非常強；截面抗扭剛度大，結構在施工和使用過程中具有良好的穩定性；其截面的抗扭剛度大，能很好的抵抗扭矩；截面的箱型設置，可以減輕結構自重，節約材料，減少工程投資等。箱型梁由于其自身的特點和優勢被越來越多的工程所采用，箱型梁也被國內外很多的學者研究，得出了很多對工程設計和施工非常有用的結論，相信在不久的將來，箱型梁肯定會被越來越多的工程單位所采用，應用到各種公路橋梁的施工中，對我們生活的影響也會越來越大。箱型截面具有良好的結構受力性能，所以在現代工程施工中得到了廣泛的應用，其上下底面混凝土用量所占比重很大，可有效抵抗由于受力彎曲產生的正負彎矩，同時滿足配筋的要求，防止其受力過大而破壞；整體中的各個部分同時受力，并且箱型截面節約材料，經濟適用；箱型截面較之其它形式的截面抗彎抗扭的剛度大，穩定性更強；可應用于修建各類的曲線橋，應用性更廣泛。

隨著現在經濟的快速發展，混凝土連續曲線箱梁橋在現在的工程施工中占據越來越重要的地位。箱型梁截面由于其特殊的構造和良好的受力性能使得其在工程中被廣泛的應用。所以對于箱型梁截面的受力分析得到了國內外許多學者的關注和重視，為了適合我們國家目前的現狀，應該加大曲線彎梁橋的建設和投入，無論是在設計理論上、外形的美觀上、施工工藝上、結構構造的合理性等方面，我們都要追上時代的腳步，在技術上提高到一個更高的層面上。本文以混凝土連續曲線箱梁橋的空間受力分析為起點，利用ANSYS工程結構軟件建立不同單元但是模型一致的曲線箱型梁橋，進而進行其在自重和車荷載共同作用下的空間受力分析和討論。

1 工程概況

某全橋總長157.08m，一共三跨，兩邊跨為47.124m，中跨為62.832m。曲率半徑為200m，圓周角為45度，在自重和偏心車荷載共同作用下共同受力。梁橫截面為單箱單式型，利用ANSYS軟件建立梁單元和殼單元相同模型，談論兩種模型受力和模型均相同時各種內力和位移的區別。圖1、圖2是橋梁的橫截面圖和線形圖。

2 非線性有限元模型分析

2.1 梁單元建模

采用beam185建立箱梁模型，如圖3所示。

2.2 殼單元建模

參用shell單元建立模型，如圖4所示。

3 變形圖的對比分析

通過對比變形圖5、圖6，我們從圖中得到利用梁單元和殼單元建立完全相同的模型進行受力分析，對于梁單元其建模受力分析后得到的最大撓度為2.477mm，而對于殼單元則是3.598mm。差距很小，且在毫米數量級，雖然從圖中看感覺撓度很大，已經超過了我們所能最大承受的撓度，但這是由于顯示的問題，其撓度屬于安全的范圍之內。

4 結論

箱型梁主要受長期荷載和短期荷載的作用，長期荷載的作用值一般是不變化的，且結構一般是對稱受力，但也有特殊情況，所以綜合考慮長期荷載的效果，其可以看作是偏心作用。短期作用基本上可以看作是偏心作用。箱型梁在偏心荷載的作用下，既產生彎曲也產生扭轉。所以箱型梁所受到的外力可以看作是偏心的。本文結合真實的工程施工實例，利用ANSYS軟件進行混凝土連續曲線箱型梁空間受力的模擬仿真，利用梁和殼兩種不同單元，建立模型、約束、荷載均相同的曲線箱型梁模型。通過比較這兩種單元的變形圖，分析其變形情況，可為相關工程提供借鑒。

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