大跨径连续刚构桥0号块局部空间应力分析

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1、100桥梁结构城市道桥与防洪2014年8月第8期大跨径连续刚构桥0号块局部空间应力分析田山坡(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津市300142)摘要：以山西沁河大跨连续刚构桥为研究对象，利用Midas／Civil建立全桥杆系模型，分别获得施工及成桥阶段的最不利内力组合；采用Ansys软件建立空间有限元计算模型，对0号块空间应力进行了系统性分析。计算结果表明，除预应力钢束两端与混凝土接触点小范围区域内发生应力集中现象之外，其余绝大部分区域混凝土应力满足规范要求。分析过程中详细阐述了有限元模型的建立方法、荷载的施加、计算工况以及应力限值的确定原则，可为类似结构的分析和

2、设计提供参考。关键词：大跨连续刚构桥；0号块；空间应力分析；建模方法；计算工况；应力限值中图分类号：U448．23文献标识码：B文章编号：1009—7716(2014)08—0100--040引言大跨径连续刚构桥一般采用悬浇法分段施工，作为上部结构悬臂施工的起点与基础，0号块若出现压溃、开裂等现象将直接影响结构整体安全[1]，因此对0号块进行受力分析具有重要意义。然而，0号块区段通常梁高较大，钢筋密集，且顶板、腹板、底板及横隔板之间还有不同形状的承托倒角，其受力呈复杂的三维应力状态，若基于平面图1沁河大桥布置图(单位．era)杆系模型进行受力分析将导致计算结果与实际

3、情况存在较大差异，为此，有必要建立三维实体模型进行空间应力分析。目前，关于连续刚构桥0号块应力问题的研究[2-7]存在着计算精度较低、对于关键的建模方法和过程的论述过于简单等问题。本文以山西沁河大跨连续刚构桥设计为研究对象，在详细阐述模型建立过程的基础上，对施工和成桥阶段的0号块空间应力进行系统性分析，为类似结构的分析和设计提供参考。(a)箱梁纵剖面1工程概况沁河大桥位于山西省道陵沁线西上庄至西河段，为横跨沁河干流的一座特大桥。主桥采用90m+l68m+90m连续刚构，如图1所示。主梁和桥墩分别采用C55和C40混凝土，上部结构采用单箱单室预应力混凝土箱梁，梁高按1

4、．8次抛物线变化，跨中及边跨高3．8m。墩顶0号(b)箱梁横剖面块箱梁截面高10．5m，顶板宽9．99m，底板宽5．6m，图2箱梁0号块构造(单位：cm)顶板厚0．5m，腹板厚0．7m，底板厚1．1m00号块中每边设2道横隔板，均留有过人洞，箱梁0号块2有限元计算模型构造见图2。主梁0号块的应力状态和整个结构的各个部收稿日期：2014—03—12分都是相互关联的。严格来说，弄清楚0号块的应作者简介：田山坡(1970一)，男，河北沧州人，高级工程师，从力状态，需将全桥划分为三维实体单元进行空问事桥梁设计和研究工作。2014年8月第8期城市道桥与防洪桥梁结构101应力分

5、析。显然，对于大跨度桥梁来说，这样处理的计算规模是十分巨大的，在一般的计算机上将难以实现。根据圣维南原理知，0号块的应力分布受其附近区域的应力影响较大，而远离0号块区域的应力状态对其应力分布影响很小，可忽略不计，取0号块及附近区域隔离体进行空间应力分析即可满足工程精度要求。基于Ansys软件的APDL语言建立有限元计(a)立面算模型。鉴于模型的建立过程较繁琐，实际编制和调试时容易m错。先将有限元模型分成若干子模型，然后将各子模型用宏保存，再使用use命令调用，调用时只需改变参数，这样可以便于调试并减少编辑错误。各子模型的宏文件包括：BoxGirder．mac(箱梁宏

6、文件)、Diaphragm．mac(横隔板宏文件1、Pier．mac(桥墩宏文件)、PreStee1．mac(预应力筋宏文件)、RigidBeam．mac(边界刚臂宏文件)、I~adSolve．(1，)剖面mac(~1]载求解宏文件)。图4有限元计算模型主梁及与0号块直接接触的桥墩均采用Solid45单元模拟，该单元由8个节点定义，每个节主梁内预应力钢筋采用link8单元，预应力筋点具有3个自由度，即沿节点坐标系、Y和方向与梁单元模型之间采用约束方程法实现连接。墩的平动位移。鉴于0号块在几何构造上的不规则梁结合面采用接触单元对(targel70和conlal73)，

7、性，建立有限元模型时的关键和难点在于如何将除与0号块直接接触的实体桥墩外，其余空心薄主梁实体几何模型划分为规则的六面体网格有限壁墩采用空间粱单元(beaml88)模拟，梁单元端点元，为此，分别建立箱梁和横隔板几何实体。在建与实体墩接触面形成刚域，避免接触应力集中。为立箱梁实体几何模型时，首先建立关键点(见图3)减小截取边界上施加边界力带来的计算误差，除0将箱梁断面划分为由若干四边形组成的面，然后号块外，还增加了中跨和边跨侧各7ITI梁段(1、2依次连接相邻截面各对应的四边形分区，最终生号梁段)。考虑到实体模型不便于施加边界弯矩，成可采用六面体单元映射网格划分的箱