范例01施工阶段矮塔斜拉桥详细分析

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1、1.概要通过矮塔斜拉桥的实体单元模型分析，查看支座反力的横向分布情况、腹板的剪力及加劲梁沿纵向的轴力分布情况。矮塔斜拉桥的受力特点为：所有的荷载均通过斜拉索传递到主塔上。故主塔内部将出现应力集中现象，加劲梁的支座部分、斜拉索与加劲梁的连接部分均会出现应力集中现象。根据上述受力特点，对结构进行实体单元详细分析，查看如下详细分析结果。ㆍ支座反力的横向分布情况ㆍ腹板的剪应力分布情况ㆍ腹板以及顶板的轴力传递情况2.桥梁信息2.1桥梁几何信息(1)本例题桥梁基本信息如下。主梁类型：三跨连续PSC箱梁桥梁跨径：L=85.0+155.0+85.0=325.0m桥梁宽度：B=23.900m斜交角度：9

2、0˚(直桥)(2)主梁截面为单箱三室截面，桥面宽度23.9m，主塔处以及边跨桥台处主梁横向布置四个支座（如下图所示）。主塔处内侧两支座为固定支座，边跨桥台处内侧两支座为纵向滑动支座，其余均为双向滑动支座。[桥梁横、纵断面图]2.2施工方法本例题桥梁的施工过程如下图所示，边跨两端采用FSM（满堂支架法）施工方法，其余主梁段采用FCM（悬臂法）施工方法。本例题简化了详细的施工过程，仅对主梁合拢段的合拢前、后阶段进行建模分析。[施工过程]3.模型对建模部分进行简要说明。3.1分析模型(1)本例题仅对主梁合拢前、后阶段的结构进行施工阶段分析。共分为三个施工阶段，合拢前阶段、边跨合拢阶段、中跨跨

3、中合拢阶段。[施工阶段]中跨跨中合拢阶段合拢前阶段边跨合拢阶段(2)利用midasFEA程序中的几何建模功能以及自动网格划分功能建立模型。为了减少整体结构的分析时间，只建立全桥1/4的模型。混凝土部分采用四面体单元生成实体网格，斜拉索采用桁架单元，预应力钢束采用植入式钢筋模拟。网格线显示透明显示虚拟移动显示[生成网格](3)预应力钢束考虑摩擦、锚具变形、徐变等预应力损失。3.2材料及截面特性(1)混凝土、钢材的材料特性名称E(tonf/m2)γ(tonf/m3)混凝土(400kg/cm2)3,100,0002.5钢材(钢束)20,000,0007.85(2)预应力钢筋的特性名称尺寸根数

4、面积(cm2)张拉力(tonf)顶板钢束Φ0.6inch(15.2mm)12237.2237.2底板钢束Φ0.6inch(15.2mm)19375.5375.5[定义钢束](3)预应力损失具体参数①管道摩擦系数:μ=0.25(1/rad.)②局部偏差系数:k=0.0050(1/m)③锚具变形:6.0(mm)[钢束特性值]3.3边界条件及荷载模型边界条件如下图所示。主塔与桥台的支座尺寸范围内用刚性连接处理后，添加约束条件。因只建立了1/4的模型，在对称面上也应添加相应的边界条件。桥梁支座处边界条件1/4结构对称面的边界处理[边界条件]4.分析结果midasFEA程序中提供了等值线、表格、

5、图形、向量、图表等多种查看结果的功能。为了查看更详细的主应力、剪应力结果以及云图结果，本例题使用程序中“曲线图”功能与“查询结果”功能来查看结果。4.1分析结果本例题桥梁使用的主要材料为混凝土材料，混凝土材料受拉时很容易出现裂缝。混凝土是否出现裂缝，需要通过主拉应力的方向与大小来判断，即查看最大主应力(LO-SOLID,体-P1(V))分析结果。实体单元应力可输出三个方向(X,Y,Z)的主应力结果。midasFEA程序中的P1表示最大主拉应力，P3表示最大主压应力。下面应力成分中的前缀“LO”表示查看低次单元的应力结果，前缀用字母“HIGH”来表示时，查看的是高次单元的应力结果。LO-

6、SOLID,P1(V):最大主应力(最大拉应力)LO-SOLID,P2(V)LO-SOLID,P3(V):最小主应力(最大压应力)[实体单元应力成分]用桁架单元模拟斜拉索时，直接查看桁架单元的轴力以及轴应力即可。LO-TRUSS,Nx:桁架单元轴力LO-TRUSS,SXX:桁架单元的轴应力[桁架单元应力成分]从主塔的应力结果图中，不难看出与斜拉索连接部位的混凝土出现了应力集中现象，最大主应力为226.441kgf/cm2，需要进行强化处理。LO-SOLID,P1(V)LO-SOLID,P3(V)主塔处斜拉索的轴力LO-TRUSS,Nx主塔处斜拉索的轴应力LO-TRUSS,SX主塔横隔梁

7、处最大主拉应力LO-SOLID,P1(V)桥台处主梁最大主拉应力LO-SOLID,P1(V)主塔横隔板区域的应力结果（上图所示），开孔处周边的最大拉应力为41.22kgf/cm2，开孔边缘的局部范围发生了较大的拉应力，应增加配筋来加强处理。边跨端部主梁的钢束锚固区的外侧腹板部分也出现了应力集中现象，也需要强化处理。钢束锚固处出现了较大的压应力，但横隔板周围发生了28.8kgf/cm2的拉应力。使用程序中的“查询结果”功能，标注了最大拉应力结果，