双线整孔简支箱梁的静力性能分析

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1、第一章绪论1．2．2箱形梁的分析方法早期修建的箱形梁一般为中等跨径，采用多箱或单箱多室截面。分析方法沿用荷载横向分布的概念，考虑结构的整体作用，即将截丽分割成若干工字形梁进行计算，不考虑箱形截面的整体抗扭目Ⅱ度，显然是粗糙的近似方法。后来由于大跨径单箱薄壁箱形梁的修建，方将箱形梁作为受弯受扭的薄壁杆件进行分析。近年来由于有限元的发展，又将箱形梁作为折板或壳体进行分析。长期以来，国内外学者为解决箱形梁的计算问题，发表了数以百计的学术论文，提出了精确的或实用的计算方法。概括起来，这些计算方法可分为两大类：即解析法和数值法14】。1．2．2．1解析法箱形梁的受力是～个复杂的结构空间

2、分析问题。为了把问题简化，在解析法中往往采用一些假定和近似处理方法。如将上述作用于箱形梁的偏心荷载分解成对称荷载与反对称荷载。对称荷载作用时，按梁的弯曲理论求解；反对称荷载作用时，按薄壁杆件扭转理论分析；然后将两者计算结果叠加而得。扭转分析又根据截面的刚度区分为截面不变形(刚性扭转)和截面变形(畸变)两种情况。通过这些荷载分解，使许多学者可就单项问题进行深入地探讨。采用若干假定，是解析法的另一特点，如对位移模式的假定等。解题的一般步骤是：先假定位移模式；有了位移后，可求得截面上各点的应变和应力；在此基础上，或用力的平衡条件和变形协调条件，或根据变分原理建立控制微分方程；解微分

3、方程便得位移和应力141。对于复杂的受力因素，如恒载、活载、温度、混凝土收缩徐变等，用解析法则相当困难。1、2．2．2数值法由于电子计算机在工程上的应用日益广泛，为箱形梁的结构分析提供了有力的工具。目前使用的有有限元法、有限条法、有限段法等。借助计算机的有限元分析，可以得到箱形截面上全部应力，诸如纵向弯曲应力、扭转翘曲应力、畸变横向应力以及剪力滞影响和局部荷载应力等。根据输出结果，可以精确地把握结构各部分的变形和应力状态，但是，由于计算时刚度矩阵大，输入数据多，需要机器有较大的内存量，所以除了大型计算机外，一般较难满足要求。2一第一章绪论为此，许多学者不断探求需要内存量较少而

4、便于在微机上实现的分析方法，如有限条法、有限段法等。有限条法(Y．K．Chetmg)是根据折板理论，把箱形梁三维空间问题简化成二维问题，具有内存量少、节省机时等优点，可用于等截面箱形梁的结构分析。而根据广义坐标原理得到的有限段法，将箱形梁的空间分析简化成一维问题，使结构分析得到进一步简化，可应用于变截面箱形梁，以及空间曲箱梁的应力分析。Martti．J．M．将有限段法推广到能用来计算除剪力滞效应外几乎所有的力学特征，从而使有限段法得到了进一步完善【4】。1．3选题意义双线整孔宽箱梁在我国首次应用于秦沈客运专线，从设计、施工到架设等方面尚存在一些问题，例如张拉后梁体的开裂，运营

5、后的上拱度等问题，与T梁相比存在顶底板的剪力滞效应、框架效应、偏载及支点不平引起的扭转效应等受力特性，尚需进～步研究。由于梁体宽大，预应力筋采用空间线形，其张拉过程中应力损失计算、端块局部应力、跨中应力分布等都比T梁复杂；而在单线荷载作用下，梁体将产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种变形【4】，使活载作用下的应力计算更加复杂；加之混凝土的收缩徐变特性【5I，梁体的长期变形将直接影响高速行车的平顺度；宽箱梁的框架效应【61使梁体产生横向应力。上述问题必须通过准确计算予以明确解决，以保证运行安全可靠。在过去对箱梁的研究中常常简化成平面结构，或将纵向与横向框架效应分别考虑，按结构

6、力学方法分析计算内力，这必然会带来一定的误差，其缺陷是不能反映箱梁结构的空间工作性能pl。因此仅采用传统的方法进行受力分析是不够全面和可靠的，需要对其进行三维有限元分析计算，较全面的评价其整体受力性能，并对按平面结构进行的结构设计计算结果进行合理地修正。因此有必要对双线整孔箱梁的静力性能进行综合系统地研究，并与规范方法比较，为以后双线整孔箱梁的设计和施工提供一定参考。1．4主要内容论文以秦沈客运专线双线整孑L简支箱梁辽河特大桥为例，以现有的有关预应力混凝±箱梁静力分析的理论方法为基础，利用ANSYS有限元分析软件建一3一第一章绪论立三维实体模型，进行数值模拟分析，得出箱梁的应

7、力、位移分布，分析梁体的力学特性。主要包括四个方面的内容：(1)张拉过程中梁体应力分布分析；(2)端块横向拉应力分析；(3)恒载、活载作用下剪力滞效应分析；(4)混凝土收缩、徐变对变形的影响分析。一4第二章预应力混凝士结构有限元数值分析第二章预应力混凝土结构有限元数值分析2．1引言对于预应力混凝土结构的应力分析，传统方法一般采取等效荷载法[21，即将预应力转换为等效荷载力直接施加到混凝土上，然后根据初等梁理论【8】进行分析。在等效过程中，采用一定的假设进行简化，无法考虑结构的空间效应，对于受力复杂的结构