预应力混凝土弧形腹板箱梁空间受力分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com◎预应力混凝土弧形腹板箱梁空间受力分析许慧峰，应天益[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海200092]摘要：弧形腹板箱梁由于其大悬臂、大宽跨比的特点，结构受力与变形空间效应突出，采用单一的平面杆系模型不能完伞把握结构的受力特性。为此，结合萧山东人城口环境综合整治T程中主线高架的某三跨预应力混凝土连续箱梁，利用ANSYS建立全桥三维有限元实体模型，分析了箱梁弧形腹板对截面抗剪的影响、在荷载作用下箱梁剪力滞系数和偏载系数的分布情况，计算结果为工程设计提供了技术支撑。关键词：弧形腹板；箱梁；空间效应；剪力滞系数；偏载系数0引言弧

2、形腹板箱梁结构以其优美的结构造型和桥下视觉空间，越来越多的运用于城市道路桥梁中。这些桥梁往往伴随着大悬臂、大宽跨比的特点，结构受力与变形空间效应突出E13j。因此，研究该类桥梁的空间受力特性，对结构设计具有很大的指导意义。本文以萧山东入城口环境综合整治工程中主线高架的某三跨预应力连续箱梁为工程背景，分析箱梁在不图3计算模型示意图图同荷载下的空间受力特性，主要包括各腹板问的剪力分1腹板剪力分布规律配规律、箱梁剪力滞效应和偏载系数。该联箱梁的跨径箱梁的弧形腹板由于其板厚和倾角都较小，承担布置为35m+35m+35m，为等高度箱梁，梁高2．3m的竖向剪力有限。本文利用维块体

3、模型，对弧形腹活载设计标准为公路I级，裸梁宽度为24．7m，双向六板在不同荷载作用下承担的剪力比值作了量化分析。车道，其中顶底板厚度为20crfl，直腹板厚度为40～腹板的剪力值可以通过对各腹板范围内单元剪应80cm，弧形腹板厚度为2Ocm(见图1、图2)。力进行积分得到，在箱梁自重、铺装和防撞墙荷载作用中墩分孔下，中跨梁段弧形腹板沿纵桥向的剪力分配比值如图4所示。0·25图11／2箱梁立面布置图(单位：cm)O2》纱．、-v蓦．瓣蓦o．墓"O-恒载合计-箱梁自蕈图2箱梁跨中截面(单位：cm)‘中腹板变庳-口桥面铺装～中腹板厚度不变防撞墙计算采用ANSYS有限元程序建

4、立全桥三维实体模型，单元类型为拥有2O节点的solid95体单元，单元图4弧形斜腹板剪力分配比例沿纵桥向的变化形状采用六面体或五面体，全桥共建立37660个单元，152369个节点，计算模型如图3所示。从图4不难看出，收稿日期：2O111212(1)从中墩顶往中跨跨中，随着中腹板厚度的逐渐32上踢么咯N。．12012学兔兔www.xuetutu.com◎减少(8Ocm减小到40cm)，弧形腹板承担剪力所占比和中腹板2的名义剪应力在其厚度变化段较大，基本例基本呈线性增加趋势，而在中腹板厚度不变区域，该在0．95～1．25MPa之间。比例变化基本不大。这种变化趋势与弧形腹

5、板面积与(2)中腹板1、中腹板2和弧形腹板三者的名义剪总腹板面积比值的变化规律较为相似(见表1)，由表1应力值关系为：中腹板1>中腹板2>弧形腹板，其中可知，弧形腹板承担剪力比例，越往中跨跨中越接近其前两者相差不大，．都远大于弧形腹板的名义剪应力值。面积比值。从名义剪应力的分布情况可以看出，箱梁的纵向表1弧形腹板恒载剪力比值和腹板面积比值沿纵桥向的分配规律受力对弧形腹板的抗剪需求不大。距中墩1．29923．557911．514距离／m2主梁剪力滞效应分析弧形腹板恒裁鉴于箱梁宽度(含防撞墙)达到了25ID_，中跨跨径0．020．030．060．090．130．170．1

6、90．20剪力比值(1)为35m，箱梁宽跨比大。而由于截面弧形腹板的影弧形腹板响，无法采用规范『4计算主梁腹板上下翼缘有效宽度。面积与总腹板0．170．18o．190．210．240．280．280．28为此，本文通过有限元模型分析了箱梁关键断面在恒面积比值(2)载作用下的剪力滞效应。(1)／(2)0．110．15o．310．430．54o．590．66在恒载(包括箱梁自重、铺装和防护撞墙重)下，主(2)恒载作用下，在靠近中墩处弧形腹板剪力分配梁关键断面箱梁顶底板的纵向应力分布如图6、图7、比值最小(为2)；在中腹板厚度不变点处(距中墩顶图8所示。其中“空间有限元计算

7、应力”为实体模型计9m)，该比值增加到l6．9。算的节点纵桥向应力d，“平截面假定计算应力”的计(3)箱梁自重、铺装和防撞墙这些荷载，其弧形腹板剪力分配规律基本相同。上面分析了弧形腹板承担剪力比例随纵桥向的变化规律，虽然越靠近跨中，弧形腹板的恒载剪力比值越[]一大，但考虑到截面的总剪力值在减小，弧形腹板的实际单位：—————————Ⅱ]——一—————罩位：r___歪i1。}：llH8l=至!堕抗剪需求尚难确定。为此，图5给出了恒载(包括自n辞⋯219{：MP重、铺装和防撞墙)作用下各腹板名义剪应力沿纵桥向图6恒载作用下中跨跨中截面顶底板恒载纵向应力