大悬臂扁平多室箱梁结构的空间分析

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1、◎大悬臂扁平多室箱梁结构的空间分析兰昌荣，杨允表(浙江交通勘察设计有限公司；合乐中国有限公司)摘要：由于城市高架桥梁建筑景观的需要，大悬臂弧形扁平多室箱梁断面在设计中应用越来越多。经典的梁单元分析方法不能全面分析此类结构的力学性能，必须借助更为精细的有限元三维仿真分析法。以宁波机场路高架的一联3×30m标准段箱梁结构为例，利用ANSYS的三维实体单元对整个结构进行了仿真模拟，仿真分析得到了经典梁单元分析法所不能得到的计算结果，为标准段箱梁结构的设计提供了必要的分析依据。关键词：预应力混凝土；大悬臂扁平

2、多室箱梁；结构仿真；有限元方法0引言路大致有两种：其一是将预应力筋的作用以荷载的形随着城市化的快速发展，城市交通建设在城市建设式作用于结构，即所谓的等效荷载法；其二是预应力筋中越来越重要，高架桥的建造也越来越多。而在城市干和混凝土分别用相应的单元模拟，预应力通过不同的道高架桥梁工程中，预应力混凝土箱梁桥由于其较好的模拟方法施加，称之为实体力筋法。这两种方法都可适应性得到了广泛的应用；而且，由于城市干道交通繁根据不同的分析目的或需要而采用不同的单元进行模忙，车道较多，箱粱桥面要求越来越宽；同时，由于桥面

3、拟。其中，等效荷载法概念清楚，但适用于配柬较简单净空的限制、城市桥梁建筑景观等的要求，这类桥梁普的结构，而对复杂的结构并不适用；实体力筋法，即在遍具有大悬臂、扁平宽的特点，结构空间效应显著。实体建模时，预应力筋和混凝土独立建模。混凝土一具有大悬臂、扁平宽特点的箱梁结构，其跨度与宽般用实体单元，如ANSYS的Solid系列单元来模拟，度之比相对较小，用一般的结构分析方法，如经典的梁而预应力筋一般用杆单元来模拟，即Link系列单元来单元分析方法只能近似分析其纵向效应，而对于相对模拟，其中对预应力的模拟一般

4、又有降温方法和初应复杂的箱梁剪力滞效应不能精确得到。对于箱梁结构变方法。实体力筋法在建模处理上有三种处理方法，的横向效应分析，以往的分析方法是利用纵向分析得即实体分割法、节点耦合法、约束方程法。到的结果作为边界条件进行简化的两维分析，这样往实体分割法的基本思路是先以混凝土结构的几何往会在关键部位出现一些分析盲点，使结构设计偏于尺寸创建实体模型，然后用工作平面和力筋线拖拉形不安全。所以，利用有限元方法作整个结构的三维仿成面；将混凝土实体分割，将分割后体上的一条与力筋真分析是解决这类结构的一个非常有效的方

5、法。线型相同的线定义为力筋线；这样不断分割下去，最终近十年来，大型商业通用有限元分析软件例如形成许多复杂的体和多条力筋线，然后分别进行单元ANSYS的开发与不断完善，其强大的分析与前后处划分、施加预应力、荷载、边界条件后进行求解。这种理功能为复杂结构的仿真分析提供了强大的技术支方法是基于几何模型的处理，力筋位置准确，求解结果撑。本文结合工程实践，采用大型通用有限元AN—精确，但当力筋线型复杂时，建模比较麻烦，甚至导致SYS软件，建立大悬臂、扁平宽多室箱梁结构的空间布尔运算失败。实体有限元模型分析研究其

6、空间效应，为同类桥梁结节点耦合法的基本思路是分别建立实体和力筋的构的设计提供参考。几何模型，创建几何模型时不必考虑两者的关系，然后对几何模型的实体进行各自的单元划分，单元划分后1ANSYS的预应力钢筋仿真技术采用耦合节点自由度将力筋单元和实体单元联系起在以往的预应力混凝土结构仿真分析中，预应力来。用节点耦合法建模比较简单，缺点是当混凝土单钢束的模拟是一个难题。关于预应力混凝土的分析思元划分不够密时，力筋节点位置可能有些走动，造成一收稿日期：2010-05—05定误差。为消除该误差，势必将混凝土单元划分

7、的较4o上冯么咯N。．22010s一⋯一◎密，即以牺牲计算效率获得良好的计算精度，该方法是解决大量复杂力筋线型的有效方法。约束方程法的基本思路是通过ceintf命令在混凝土单元节点和力筋单元节点之问建立约束方程。与利用节点耦合法建模相比较，更为简单。在分别建立几何模型和单元划分后，只需选择力筋节点ceintf命令自动选择混凝土单元的数个节点，在容差范围内与力筋的一个节点建立约束方程；通过多组约束方程，将力筋单元图2横梁处单元划分和混凝土单元连接为整体。这种方法更能提高工作效率，且对混凝土网格密度要求不

8、高，进而提高了计算效2．2箱梁的纵向效应率。该法也比较符合实际情况，计算结果较为精确。关于箱梁的纵向效应分析，由于文章篇幅有限，以综上所述，配有复杂预应力筋的桥梁建议采用实体恒载为代表工况进行分析。本结构为对称结构，取纵力筋法来模拟预应力筋。而在可能的条件下按实体分向关心截面位置的示意图如图3所示；其中，截面1～割法来处理预应力钢筋，更加精确。当遇到如曲线钢筋3考察正应力变化情况，而截面4～7考察腹板剪力分等情况时，考虑用节点耦合法和约束方程法。配情况；