课程（毕业）论文-基于拉压杆模型的转向块的配筋设计

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1、基于拉压杆模型横隔板式转向块的配筋设计摘要：体外预应力筋转向块是体内体外混合配束的节段预制箱梁屮最关键部位之一。目前,国内外学者对于横隔板式转向块的配筋设计均未过多的涉及，并且市于结构的特殊性，横隔梁式转向块其厚度、宽度等尺寸都不尽相同，导致受力特点及传力路径也必然不尽相同，因此很有研究必要性。本文将对横隔板式转向块单独分析，建立不同体外筋数量的转向块有限元模型，详细分析横隔梁式转向块的受力特点，然后结合弹性应力分析和拓扑优化理论，确定横隔梁式转向块基于拉压杆模型的配筋设计方法，最后用实际试验试件中转向块的配筋情况验证。关键词：体外预应力；转向块；趾筋

2、设计1横隔板式转向块有限元分析1.1工程概况本文涉及的试验梁是以某座现役桥梁为基本原型，在其横截面几何尺寸的拟定上参考了该现役桥梁的相关尺寸，按照1:10的比例将其缩小。转向块的位置位于梁体两端的第四节段的跨中，如图所示，试验屮体外束初始应力为SOOMPa,体外束的极限应力为1401.61-1468.36MPao拉压杆模型是研究混凝土结构应力扰动区的有效方法，转向块作为结构的局部受转向块的形式为横隔板式，含有转向块的节段截面尺寸如图1・2所示，英中转向块厚度为10cm,节段厚50cm。三根梁体的体外筋数目情况如下表1-1：图1-2转向块横断面图(单•

3、位：cm)表1-1试件基本数据农序号试件编号顶板束底板束体外束1SPCB2262261:32SPCB2-4-42441:13SPCB2-6-22623:11.2基于拉压杆模型有限元分析力，可以很好的应用拉压杆模型来进行配筋设计。直接建立带转向块的箱梁节段模型。材料单元釆用实体单元Solid65,主泊松比PRXY为0.1667、材料密度DENS为2.6E-9(t/mm3)、材料弹性模量EX为32500(N/mm2)o转向力等效简化为作用在转向孔道上的均布压力。由于是对目标对象的弹性分析，所以不定义材料非线性应力应变关系。由于转向块屮体外预应力筋的垂直分

4、力或水平分力有使转向块从梁体拉脱的倾向，故应力分析侧重转向块区域的第一主应力。1.3线弹性应力分析结果SPCB2-2-6的应力情况如下图1-3至图1-6所示，体外筋位于转向块两侧孔道时，体外筋的应力主要rh两部分承担，分别为横隔板的腹板以及梁体底板；由矢量图2・8、图2・9可以看出应力的大概方向，主压应力向梁体腹板方向倾斜，主拉应力分别向底板两侧角部倾斜。拉压杆模型是研究混凝土结构应力扰动区的有效方法，转向块作为结构的局部受转向块的形式为横隔板式，含有转向块的节段截面尺寸如图1・2所示，英中转向块厚度为10cm,节段厚50cm。三根梁体的体外筋数目情况

5、如下表1-1：图1-2转向块横断面图(单•位：cm)表1-1试件基本数据农序号试件编号顶板束底板束体外束1SPCB2262261:32SPCB2-4-42441:13SPCB2-6-22623:11.2基于拉压杆模型有限元分析力，可以很好的应用拉压杆模型来进行配筋设计。直接建立带转向块的箱梁节段模型。材料单元釆用实体单元Solid65,主泊松比PRXY为0.1667、材料密度DENS为2.6E-9(t/mm3)、材料弹性模量EX为32500(N/mm2)o转向力等效简化为作用在转向孔道上的均布压力。由于是对目标对象的弹性分析，所以不定义材料非线性应力

6、应变关系。由于转向块屮体外预应力筋的垂直分力或水平分力有使转向块从梁体拉脱的倾向，故应力分析侧重转向块区域的第一主应力。1.3线弹性应力分析结果SPCB2-2-6的应力情况如下图1-3至图1-6所示，体外筋位于转向块两侧孔道时，体外筋的应力主要rh两部分承担，分别为横隔板的腹板以及梁体底板；由矢量图2・8、图2・9可以看出应力的大概方向，主压应力向梁体腹板方向倾斜，主拉应力分别向底板两侧角部倾斜。图1-4SPCB2-2-6主压应力云图图1-3SPCB2-2-6主拉应力云图图1-5SPCB2-2-6主拉应力图1-6SPCB2-2-6主压应力矢虽图矢虽图1

7、.4拓扑优化分析以SPCB2-2-6梁体为例，建立不同优化率的拓扑优化，拓扑优化分析的结果过程如下图1・7所示，图中i为优化的体积删除率即优化率。(a)i=50(b)i=701.5确定转向块拉压杆模型鉴于转型块结构传力的复杂性，同时拓扑优化不能得出理想的构型，要得到转向块的拉压杆模型，唯有利用基于有限元软件的“弹性应力法”。SPCB2-6-2中有两根预应力钢筋，在数值模拟中，两孔道施加的竖向力均为22.11KN,孔道下方截面应力如图1-8所示,在荷载作用下孔道下缘最大拉应力为2.075MPa,应力沿着孔道向下层状分布，取转向块孔道下缘截面的拉应力云图來

8、近似计算孔道的承受的拉力。计算得到，计算结果显示底部拉力约占总荷载的28.15%。拉压杆模型中