范例09施工阶段大跨满堂支架桥梁安全性分析

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1、1.概要本例题为大跨满堂支架桥梁主桥与引桥连接部的详细分析例题。通过MIDAS/FEA与Civil程序进行实体单元详细分析和杆系模型分析，验证结构的安全性。分析对象为3×70m三跨连续变宽箱梁，两线连接部位的主梁截面为变宽段，仅用杆系分析是无法得到精确解的。2.桥梁信息2.1桥梁几何信息桥梁类型：三跨连续箱梁（满堂支架施工方法）桥梁跨径：L=70.0+70.0+70.0=210.0m桥梁宽度：B=16.370m~25.690m终点截面[桥梁横断面图]起点截面(主线与引线相交处)平面图纵断面图[桥梁平面图]2.2分析条件本桥施工顺序如下图所示，考虑收缩徐变特性进行施工阶段分析。[施工顺序]施工

2、支架第一施工阶段第一跨模版安装/浇筑混凝土/张拉预应力钢束第二施工阶段第二跨模版安装/浇筑混凝土/张拉预应力第三施工阶段第三跨模版安装/浇筑混凝土/张拉预应力3.模型对结构进行施工阶段分析，查看施工过程中的自重、预应力荷载等效应以及成桥阶段的二期荷载的效应。首先在midasFEA程序中建立主梁结构的几何体模型，然后通过“自动网格划分”功能来生成实体网格单元。[几何体模型]为了生成主梁网格单元建立的几何体模型为了生成钢束单元建立的几何曲线]3.1分析模型(1)对全桥模型进行实体单元建模分析，采用四面体单元建立混凝土箱梁，共划分为15万个左右的四面体网格。(2)钢束采用程序中的植入式单元（钢筋单

3、元）来建模。[建立模型]自动网格划分横隔板细部网格预应力钢筋单元[三维透视图]텐던모델링을위한3차원CurveGeomerty[AuoMesh를위한GeometryModel][二期荷载]3.2材料及截面特性(1)混凝土及钢筋材料特性材料名称E(MPa)γ(kN/m3)混凝土(45MPa)31,00025钢材(钢束)200,00078.5(2)钢材的材料特性材料名称尺寸根数(EA)面积(m2)张拉荷载(tonf)钢束Φ0.6inch(15.2mm)220.003051405.83(3)计算钢束预应力损失的参数①预应力钢筋与管道壁之间的摩擦系数:μ=0.25(1/rad.)②管道每米局部偏差对

4、摩擦的影响系数:k=0.0050(1/m)③锚具变形:0.006(m)3.3边界条件及荷载条件对支座尺寸范围内的区域按刚性连接处理后，添加约束条件。施加桥面铺装荷载与防撞墙二期荷载。[边界条件]3.4梁单元模型梁分析模型如下图所示，使用MIDAS/Civil2006程序进行分析。[梁单元模型]4.分析结果对上述两个模型进行四阶段施工阶段分析，分析中考虑时间依存材料特性。比较各施工阶段的应力分布结果，特别是要查看桥梁起点（主线与引线连接部）的详细应力分布情况。4.1反力结果查看梁单元模型与实体单元模型的反力结果。每个支点设置三个支座，梁单元模型中为了模拟多支座，利用刚性连接与弹性连接来建模（如

5、下图所示）。实体单元模型的支座[桥梁边界条件]梁单元模型的支座下图是在各施工阶段发生的支座反力结果。对于线框架模型定义多支座时，一般采用刚臂直接连接边界条件的方法或刚性连接与弹性连接（如本例题）建模方法，前者计算的反力大部分集中在内侧支座，后者计算的反力由三个支座均匀分担（如下图所示）。但如本例题详细分析结果，反而是外侧支座分担了更多的荷载。对于此类复杂结构，仅采用梁单元模型分析反力结果是不准确的，必需要进行三维实体分析来求出精确解。实体单元反力结果(kN)线框架分析反力结果(kN)P5_FEAP5_Civil2006P4_Civil2006P4_FEAP3_Civil2006P3_FEAP

6、2_Civil2006P2_FEA4.2应力结果梁单元模型的各施工阶段纵向应力分布如下图。因为施加了预应力荷载，上下缘的应力均为受压状态。下缘的应力不连续的原因是预应力钢筋的张拉力引起的。上缘最大压应力结果8.13MPa~10.08MPa，下缘的最大压应力结果为6.74MPa~9.28MPa。上缘应力下缘应力第一施工阶段[梁单元模型各施工阶段应力结果]第四施工阶段上缘应力下缘应力第二施工阶段上缘应力下缘应力第三施工阶段上缘应力下缘应力下图是实体单元模型的各施工阶段纵向应力分布图。上缘最大压应力为9.97MPa～11.45MPa，下缘的最大压应力为10.5MPa～13.4MPa。第一施工阶段第

7、二施工阶段第三施工阶段[实体单元详细分析各施工阶段应力结果]第四施工阶段将上述两种分析结果用图表方式进行比较，比较下图所示位置的各施工阶段的应力结果。[截面应力查看位置]从应力比较图中可以看出梁单元模型与实体单元模型的结果差异还是非常明显的。梁单元模型相对实体单元模型，第一施工阶段的上缘应力结果偏大，下缘应力偏小。支座截面上缘应力在所有施工阶段都有差异。这时因为梁单元模型中模拟的横隔梁的作用使梁单元模型在支座