pc小箱梁开裂机理有限元仿真研究

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1、PC小箱梁开裂机理有限元仿真研究　　摘要：以福建省某30米跨径预制小箱梁桥为依托实例，利用MidasFea土木专用非线性软件对PC小箱梁在施工期间预应力的偏位及预应力偏位与超张拉综合作用是否会导致箱梁底板产生纵向裂缝进行了仿真分析计算，通过对不同预应力偏位程度及超张拉多种分析工况的计算结果分析比较，研究PC小箱梁开裂原因，为PC小箱梁混凝土防裂提供理论依据。Abstract：Basedonaprefabricatedsmallbox-girderbridgewithalengthofthirtymet

2、ersinFujianprovince，thispaperresearchesthewhetherthecomprehensiveeffectofoffsetandpre-stresseddeviationandsupertensionwillleadtothelongitudinalcrackofbottomplateofboxbeambymidasFEAspecialnonlinearsoftwareinconstructionstage.Itprovidesatheoreticalbasisfo

3、rthepreventionofPCsmallbox-girdercrackingthroughthecalculationofdifferentprestresseddeviationdegreeandoveravarietyofanalysiscaseanalysisandcomparisonoftheresults.6关键词：PC小箱梁；裂缝；MidasFea；混凝土防裂Keywords：PCsmallbox-girder；crack；MidasFea；concretecrackcontrol中

4、图分类号：TU311.41文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）09-0107-020引言PC小箱梁桥因其结构受力合理且造价成本较低等诸多优点，广泛应用于我国高速公路建设中。但是，在施工、运营期间，小箱梁的不同部位出现了不同程度的开裂现象，若处理不及时或处理措施不当，裂缝有可能进一步开展，甚至会危害到桥梁的安全性，影响桥梁的耐久性，大大缩短桥梁的使用寿命。对此，工程界迫切需要对小箱梁的开裂机理给出答案，从而尽可能防止裂缝的产生[1]。以福建地区为例，在对泉三高速南惠支线、福宁高速上的P

5、C小箱梁桥进行了大量的实地裂缝普查，总结出PC小箱梁桥的典型裂缝为箱梁底板纵向裂缝。针对这种情况，现采用大型通用结构分析商用软件MidasFea，建立三维实体有限元模型，对其预应力的偏位及预应力偏位与超张拉综合作用对小箱梁的影响进行数值模拟分析，获取不同工况下小箱梁的变形、应力、裂缝等结构响应的发展规律，以便有针对性地进行设计和施工工艺的改进。1有限元模型的建立61.1材料性能及几何尺寸本文以福建某30m跨径预应力混凝土小箱梁桥为依托工程进行建模分析，该构件为A类预应力混凝土构件，主梁立面图及主要截面

6、见如图1所示。主梁采用C50混凝土，弹性模量为34500MPa，泊松比为0.2，重力密度26.0kN/km3，裂缝张开传递系数为0.5，裂缝闭合传递系数为0.9，轴心抗拉强度设计值为1.83MPa，轴心抗压强度设计值为32.4MPa。预应力钢束弹性模量195000MPa，泊松比为0.3，密度为7920kg/m3，锚具变形、钢筋回缩为6mm（一端），管道摩擦系数为0.25，管道偏差系数为0.0015，钢束抗拉强度标准值为1860MPa，钢束张拉控制应力为1395MPa。1.2有限元分析模型在PC小箱梁的

7、建模中，使用的实体单元为6面体单元。MidasFea中实体单元模型如图2所示。PC小箱梁中钢筋单元采用实体中的杆式钢筋，MidasFea中普通钢筋单元如图3所示。在midasFEA通过模拟混凝土和预应力钢筋来计算预应力损失。MidasFea中预应力钢筋单元如图4所示。小箱梁梁体材料选用MIDASFEA中C50材料，混凝土本构模型类型选择总应变裂缝模型，裂缝类型选择旋转裂缝，张拉函数选择弹性，受压函数选择弹性；预应力钢束采用MIDASFEA中Strand1860，本构模型选择弹性。普通钢筋为自定义材料，

8、本构关系采用弹性。61.3边界条件与约束考虑PC小箱梁在施工阶段预应力偏位是否会造成底板纵向开裂，即PC小箱梁在预制梁场预应力张拉完毕架梁前的施工状态下，故在有限元模型中施加的荷载只有箱梁自重与腹板、底板的预应力，边界条件为一般支承与横桥向对称。1.4荷载工况MIDASFEA中PC小箱梁模型中共建立了8个非线性静态分析工况，分别如下：2计算结果2.1箱梁竖向位移PC小箱梁在分析工况1～9下，竖向位移最大值均发生在箱梁的跨中部位，各工况的最大竖向位移值分别