预应力混凝土连续刚构桥0号块局部应力分析研究.pdf

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1、第1期(总第177期)2015年2月中圄彳茵z裆CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．1(SeriaINo。177)Feb．2015DOI：10．3969／j．issn．1004—4655-2015．01．006预应力混凝土连续刚构桥0号块局部应力分析研究宋力勋(天津市市政工程设计研究总院，天津300457)摘要：0号块的结构构造和受力状态非常复杂，需进行局部实体分析方能得到准确的应力结果，但目前国内桥梁设计领域对0号块分析尚未形成统一的方法。探索O号块局部应力分析思路和方法，以一联连续刚构桥为例，采用MIDAsFEA进行空问实体建模和计算分析，得出较为合理的应力结果，针对所

2、得结果比较实体模型和杆系模型的应力差别，分析0号块的剪力滞效应。关键词：O号块；连续刚构；局部应力；空间实体中图分类号：U448．23文献标志码：A文章编号：1004—4655(2015)01—0019—03目前国内桥梁设计领域对0号块分析尚未形成统一的方法，不同的设计人员所采用的具体思路和方法存在较大的差异，这使桥梁的设计质量难以得到保证。本文以一联连续刚构桥为例，探索。号块局部应力分析方法。1工程概况本桥为预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置：68m+116m+68m，挂篮悬浇施工。主梁单箱四室，支点梁高6．4m，跨中梁高2．5m，顶板宽30．5m，翼缘板悬臂3．7m，按全预应力构件设计，设置

3、纵、横、竖三向预应力钢束。桥墩为双肢薄壁墩，墩高11．5m，薄壁墩厚1．1m。0号块纵剖面图见图1，支点处箱梁横断面图见图2。o『寸I口Il500I!!gj幽』!!g图1O号块纵剖面图(cm)收稿日期：2014一06—19作者简介：宋力勋(1987一)，男，助理工程师，工学硕士，主要从事桥梁结构设计与研究工作。寸图2支点处箱梁横断面图(cm)2建模及加载2．1模型及网格本文采用空间有限元程序MIDASFEA进行建模计算。为避免自由端面上施加荷载的局部效应对。号块产生较大影响，模型中包含0号块两端各3个施工节段，即0～3号块。另外，模型中还包含薄壁墩，以使梁墩连接处的受力状态真实可靠。由于结构横

4、桥向对称，模型只取横桥向一半结构，对称中心面采用相应约束。0号块局部实体模型示意图见图3。图30号块局部实体模型示意图19中圄彳菹王轲宋力勋：预应力混凝土连续刚构桥。号块局部应力分析研究2015年第l期模型中模拟纵、横、竖向预应力以及横梁预应力(见图4)。对于纵向束，模型中建立锚固于局部模型内部及端面的纵向束，通过锚固于其外部的纵向束作用从整体模型中提取端面内力。图4纵、横、竖向钢束以及横梁钢束示意图模型的网格划分采用性能更好、精度更高的六面体结构网格，尺寸基本≤20cm。由于箱梁顶板和腹板有预应力钢束通过，网格划分稍密，其余区域网格则稍疏。2．2荷载的施加对局部模型加载时，荷载作用包括两部分

5、(见图5)：一是直接作用于局部模型的荷载，包括局部模型自重、二期恒载、锚固于局部模型内部及端面的钢束预应力、局部模型范围内的汽车荷载及温度梯度自应力；二是局部模型以外其他部分结构对局部模型的作用，包含其他部分结构的自重、预应力、汽车荷载及各种效应的次内力，是通过局部模型端面内力作用于局部模型，可从平面杆系整体模型中提取端面内力，施加于局部模型的端面上。局部模型白重与二期恒载兀T丌丁兀T丌了门_『T1T兀丁丌T兀丁丁丁丌，【L!呈迭，I!曼迭i!二!兰丛J图5纵、横、竖向预应力以及横梁预应力端面内力的施加采用2种方法：一是端面形心节点加载，即在端面形心位置处建立节点，将该节点作为主节点与端部截面

6、的所有节点刚性连接，再将整体模型中提取的该截面内力施加于形心节点上⋯；二是等效均布面力加载，即将内力按一定原则换算为均布面力施加于局部模型的端面上，其中轴力按全截面均匀分担的原则换算，剪力按腹板传递的原则换算，弯矩按顶底板承担的原则换算口】。20圣维南原理(Saint—Venant’sPrinciple)表明，离荷载作用区稍远区域的应力状态只与合力和合力矩有关，而荷载的分布仅影响其附近区域的应力状态。由于局部模型中建立1～3号块作为缓冲区域，故而端面内力的具体施加方式不会明显影响O号块的应力状态，2种方法均是合理的，而第一种方法更加简捷方便。2．3荷载工况与组合0号块计算中须考虑施工阶段和成桥

7、阶段的最不利荷载工况，其中施工阶段的最不利工况为最大悬臂阶段；成桥阶段的最不利工况分2种情况：支点弯矩最大时和支点弯矩最小时。根据应力分析的需要，3种工况分别采取2种荷载组合：标准组合与短期组合。按照JTGD62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(下文简称《规范》)要求，在计算成桥状态正应力时，短期组合中预应力荷载须乘以0．8的系数。3应力结果本文对0号块各方向的压应力和拉应力