V型墩分离双箱连续刚构桥墩梁固结区空间应力分析.pdf

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1、2012年5月II■圄冀裔交通建设V型墩分离双箱连续刚构桥墩梁固结区空间应力分析沈向前(福建路桥建设有限公司)摘要：本文结合在建的福建省尤溪县水东大桥，针对施工阶段最大悬臀长度状态和正常使用阶段最不利荷载组合两种工况，对v型墩墩粱固结区进行有限元分析，为桥梁的细部设计和施工提供依据，以确保施工期间和运营期问结构的安全。关键词：v型墩；连续刚构桥；墩粱固结区；有限元法；边界应力福建省尤溪县水东大桥主桥上部结构采用(3“56+36)m变截面预应力双箱斜腹板箱粱，配以v型墩刚构共同受力。三个v型墩根部粱高3．4m，跨中及边跨直线

2、段粱高1．9m，其余部位粱高均为变截面箱粱，变截面的箱粱的粱底曲线采用二次的圆曲线变化。墩中心左右两侧各9．0m范围粱段(含V型墩)为主粱呻粱段。错梁段v型撑高度5．5ra，左右侧撑壁中心线与竖直墩中心夹角约47．50。僻块粱段V型撑顶处箱粱高3．40m，顶板厚0．26m，底板厚0．5m，腹板水平向厚0．7m，僻块粱段的v型撑壁厚1．45—1．20m。该桥设计成双幅宽桥，横桥向为分离双箱，墩体横向也成v型支撑，整个桥墩呈现双向v型．墩粱固结区实际结构尺寸图l所示。m口固11有限元模型建立1．1材料参数本文研究的V型墩连续刚

3、构桥墩粱固结区，上部的主梁和v型墩采用标号为C55的混凝土，下部的竖墩采用标号为C50的混凝土，材料参数见表1。囊1材料参数掘凝土标号弹性模量(^IPs)泊松系数容重QOI／m≈C503．45x10．0．226C553．55x1040．2”1．2单元的类型与网格划分我们通过大型通用计算软件ANSYS建立结构模型。ANSYS提供了很多用于建立结构模型的单元，本文采用s,lid92单元，该单元为空间四面体单元，结点数位10

4、个，每个结点有U．,11．、u．3个自由度。这种单元能够比较真实的反映本文中双向V型墩的实际结构，能够考

5、虑结构的整体受力效应，得到的结果更为精确，对于V型撵与主粱和竖墩的交接地方的圆弧过渡，以及主梁里面横隔板的折线过渡都可以较精确的模拟，有利于局部应力集中区域的应力分析．对于钢筋混凝土材料模型采用整体式模型，把钢筋混凝土材料作为均质连续体。在加载的工况中已经考虑了主粱里的预应力效应。故材料的本构关系为线弹性。对于墩梁固结区大体积结构，采用三维实体单元。实体单元『201能够比较真实的反映本文中双向v型墩的实际结构，能够考虑结构的整体受力效应，得到的结果更为精确，对于v型撑与主粱和竖墩的交接地方的圆弧过渡，以及主粱里面横隔板的折

6、线过渡都可以较精确的模拟，有利于局部区域的应力分析。v型墩墩粱固结区的有限元模型共计316258个单元491151个结点，模型的网格划分图见图2所示。整体坐标系的方向，以纵桥向为z坐标轴，以横桥向为x坐标轴，以竖桥向为Y坐标轴。1．3边界条件与荷载工况对于本文中的v型墩连续刚构桥墩粱固结区结构下部的竖墩墩底圈2有限元曩墨的用椿田截面模拟为固定端，约束截面上结点的全部自由度，不考虑桩基础的影响。主粱与v型撑，v型撑与竖墩模拟为固结。荷载工况采用工况l和工况2。工况1为施工阶段的最不利荷载组合，工况2为正常使用阶段的最不利荷载

7、组合。为了真实模拟结构的受力情况，避免加载截面的局部应力集中，将截面上的集中力换算为面荷载。轴力和剪力换算为均布面荷载加载到结构的左右两个加载面上。将弯矩按照o--My／l换算为三角形分布的线性荷载，加载截面形心轴处的弯矩换算分布荷载为零。加载面的几何特性见图3，换算的面荷载见表2。12r——一————1L!i!-．J圈3加载面的几何特性l单位：m}裹2工况荷载换算为面荷藏轴力化为均布剪力化为均布穹矩化为三角形分布弯矩化为三角形分布受力面i睁载a【胁9荷载∞‰毋荷载上地缘啦№毋荷载‘F边缘ad‰9面1和面3受压8048竖直

8、向下143受压801受拉1034荡瓣面2和面4受压8058竖直向下l稍受压800受拉1032G占截面釉力化为均布剪力化为均布碍矩化为三角彤分布写矩化为---------确鼢布受力面荷载a【：Hb9荷载q【№曲荷载上边缘mn∞荷载E边缘m№曲面1和面3受压7150竖直向下406受拉252受压325(左截磋D面2和面4受压7343竖直向下290受压2620受拉33印C占截面1．4有限元截面选择根据前面分析，v型墩连续刚构桥墩粱固结区构造较为复杂，粱体与横桥向v型撑、纵桥向v型撑汇集在一起，4个v腿又与下部竖墩固结在一起，使得该

9、区域结构的受力及传力途径复杂，空间效应显著，会出现局部高应力区。为清楚地了解墩粱固结区复杂的应力分布，现从有限元计算结果中选取结构的顶板，主粱，v型撑。竖墩，主粱与v型撑交接区域．v型撑与竖墩交接区域进行应力分析，选取位置共有10个，如图4所示。1#显示箱粱横桥向断面{2#、勰显示v型撑横桥向各断面；"