温度场作用下混凝土桥塔ⅰ型裂纹开裂面应力场分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com5O世界桥梁2011年第6期温度场作用下混凝土桥塔I型裂纹开裂面应力场分析任翔。黄平明(1．西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安710054；2．长安大学桥梁与隧道陕西省重点实验室，陕西西安710064)摘要：为了确定温差作用下混凝土桥塔开裂面的应力分布状态，采用奇异单元模拟裂纹尖端应力场的奇异性，建立相应计算I型裂纹开裂面应力分布的有限元模型。通过数值计算，考察有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力场计算精度的影响，确定各个参数的敏感程度，发现在裂纹尖端区布置奇异单元时，第1行单元半径的

2、大小对尖端应力场有较大的影响。计算3种温差工况下混凝土桥塔未开裂和开裂2种状态下内表面的应力分布状态和不同裂纹长度下开裂面的应力分布变化。结果表明，开裂结构整个开裂面应力均较未开裂的应力小，随着裂纹长度不断增大，整个开裂面的应力不断减小，裂纹开口端附近应力零区域有不断扩大的趋势。关键词：桥梁工程；桥塔；温度场；裂纹；应力场；有限元法中图分类号：U441．5文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)06—0050—041前言化。其研究成果可为今后分析反复温差作用下裂纹混凝土断裂力学是断裂力学的一个新的分支，扩展行为提供参考依据。

3、它是指材料或构件中存在着宏观裂纹，用弹性力学和弹塑性力学理论分析裂纹产生的条件及裂纹发展2混凝土裂纹有限元模型及网格划分规律的一门学科l_1]。断裂力学理论是在静态情况下2．1工程概况金属材料断裂研究中得以建立和完善的，后来逐渐某双塔单跨钢箱梁悬索桥桥塔采用H形空心被用于工程断裂分析中，特别是在混凝土构件开裂、矩形箱结构，塔高分别为142．27m和112．415m，压碎和钢结构的疲劳开裂等一系列工程问题中得到桥塔塔肢为横桥向5m等宽，顺桥向宽度按100：1较好的应用。1961年，KaplanMFl_2首次将线弹性的斜率渐变，由塔顶6m渐变

4、至北塔塔肢承台顶断裂力学与混凝土的断裂试验相结合进行研究，并8．248m、南塔塔肢承台顶8．845m。塔肢裂缝主要将研究成果发表，引起了学术界的高度重视。此后，出现在横桥向2个塔壁内、外侧面中心线上，中心线有关学者结合试验成果进行了大量研究工作叫，附近区域也有少量的裂缝，裂缝主要集中在中横梁研究中发现原来适用于金属的一些基本假定、理论附近，距上横梁15m以下、距桥面2m以上的范围及试验方法并不能很好地适用于混凝土，因此根据内。内表面裂缝较少，长度较短，外表面裂缝较多，混凝土自身的特点，提出了适合混凝土的新假定、新长度较长。而塔肢顺桥向2个

5、塔壁内、外侧面上无理论及新的试验方法。并通过大量的试验进行了验裂缝产生。证，取得了很多有价值的研究成果。2．2有限元模型混凝土结构开裂后，由于受到温度变化、冰融循裂纹分为3种类型，I型为张开型，Ⅱ型为滑开环等因素的反复作用裂缝不断扩展，病害日益加重，型，Ⅲ型为撕裂型[4]。混凝土桥塔结构沿高度方使结构的承载力和使用寿命逐渐降低，直至结构丧向开裂主要是由于横向(截面切向)拉应力作用而开失使用能力，因此，预防、控制混凝土结构开裂是迫裂，属工型裂纹。混凝土桥塔开裂面应力场分布按切需要解决的技术难题。本文在某悬索桥混凝土桥二维平面来计算，见图1(

6、a)所示，图中所示结构为塔测试温度资料的基础上，分析正温差作用下桥塔该悬索桥混凝土桥塔的横断面，裂纹位置在东侧塔塔壁内表面未开裂和开裂2种状态下开裂面的应力壁内表面中线处，裂纹长35．7mm，宽0．6mm，为分布状态及不同裂纹长度下开裂面的应力分布变直线裂纹(裂纹面宽度是指东侧塔壁内表面宽度)。收稿日期：2011一O4—20基金项目：陕西教育厅科研计划项目资助(11JK0887)；西安科技大学培育基金项目(2010036)作者简介：任翔(1979一)，男，讲师，2003年毕业于内蒙古工业大学土木工程专业，工学学士，2006年毕业于长安大学

7、桥梁与隧道工程专业工学硕士，2009年毕业于长安大学桥梁与隧道工程专业，工学博士(Email：renxiang798@163．com)。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com温度场作用下混凝土桥塔I型裂纹开裂面应力场分析任翔，黄平明53AnalysisofCrackingSurfaceStressFieldofTypeICrackofConcreteBridgeTowerUnderActionofTemperatureFieldRENXiang，HUANGPing—mi

8、ng。(1．SchoolofArchitectureandCivilEngineering，XianUniversityofScienceandTechnology，Xian710054，Ch