混凝土独塔斜拉桥施工过程三维仿真分析.pdf

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1、第32卷第2期2012年4月中外公路155文章编号：1671—2579(2012)02-0155-04混凝土独塔斜拉桥施工过程三维仿真分析金剑(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广东广州510641)摘要：现代大跨径混凝土独塔斜拉桥箱形主梁空间效应明显，常规的平面分析很难反映桥梁的实际受力情况，无法满足设计和施工的需要，因此此类斜拉桥的空间三维应力分析越来越受到设计人员的重视。该文以广东甘竹溪大桥为工程背景，利用有限元软件Ansys的二次开发工具进行混凝土独塔斜拉桥主梁三维施工仿真分析，结果表明：此方法是可行有效的，为今

2、后同类桥梁的分析提供了新的方法和途径。关键词：独塔斜拉桥；有限元软件；三维仿真分析现代桥梁宽度大、横截面形式多样，桥梁结构的受和斜拉索3种材料组成。Ansys作为一款大型的通用力状况复杂，其空间效应表现明显，平面分析的结果已有限元软件，为混凝土斜拉桥悬臂施工模拟提供了庞很难反映桥梁的实际受力情况；对于预应力混凝土桥大的单元库。比如Solid系列单元以及Link系列单梁，再加上双向甚至三向预应力的使用，使得结构受力元等，该文选取Solid65模拟混凝土，Link8单元模拟状况更加复杂；悬臂挂篮施工，每段一般为6～8m，而预应力

3、钢筋，Link10单元模拟斜拉索，有关这3种单桥面宽有30m左右，很难作为梁段处理，采用平面模元类型的详细介绍可参见有关文献。型难以准确地模拟，但现在桥梁的设计及规范一般仍1．2预应力筋的处理是依据平面分析的结果。为了保证桥梁结构的安全，从现有的文献看，Ansys中预应力的实现当前主有必要对已设计好的结构进行空间分析，以校核设计，要有两种方法：等效荷载法与实体力筋法。其中等效确保桥梁施工和使用的安全。荷载法是将预应力筋的效应经过计算后以外部荷载的基于实体单元的有限元法的三维仿真分析被认为形式加在混凝土实体上。而实体力筋法是将

4、混凝土和是较为精确的混凝土桥梁结构分析法，该方法不仅可预应力筋划分为不同的单元，混凝土与预应力筋之间以广泛地适用于各种结构形式、各种施工方法的斜拉的连接通过合并节点、耦合或者建立约束方程的方法桥，还能方便地分析翘曲、畸变、剪力滞等现象，另外也来实现。预应力的施加则是通过对预应力筋施加温度可全面考虑几何与材料双重非线性。体荷载或初始应变。Ansys软件是国内外学者广泛采用的一种大型有从该文研究的混凝土斜拉桥的实际出发，一般说限元软件。然而，由于该软件是通用性有限元软件，因来，采用悬臂施工的大跨度斜拉桥，其预应力线形复杂此无法直

5、接将其应用到斜拉桥三维施工仿真分析中多样，等效荷载的计算较为繁琐，而且无法考虑后续张去，必须对其进行二次开发后才能使用。目前很少有拉的预应力对前面施工阶段中张拉的预应力钢筋的影文献介绍如何利用Ansys提供的二次开发工具对混响，也无法考虑预应力筋在各部位与混凝土实体的相凝土斜拉桥进行三维施工仿真分析，如何利用现有的有限元分析软件采用实体元进行斜拉桥施工过程的三互影响。因此该文从实际出发，采用更加合适的实体力筋法。维仿真分析，是桥梁结构工程师所关心的问题。1．3Ansys中准确施加斜拉桥索力的方法1斜拉桥悬臂施工模拟在大量的文

6、献和实际研究中，对于如何在Ansys中准确施加斜拉索索力仍没有一个完美的答案，采用1．1单元类型的选取较多的方法是：利用Link10单元的初应变选项和单元混凝土独塔斜拉桥主要是由混凝土、预应力钢筋生死的特性来实现索力的初始张拉力的施加。具体过收稿日期：2011～06-09作者简介：金剑，男，工程师．156中外公路第32卷程如图1所示，图中以1根索为例说明施加初始张力F。!施加新荷载的过程，对多根索力的施加其原理一致。SAVE!保存SOLVE!求解‘／2实桥分析—结构初j状态．在索1加图给索1j初始力F所示的F2．1工程概况已

7、输人第一步与力F相当的初应变g-f甘竹溪特大桥主桥采用独塔双索面、墩塔梁固结体系的预应力混凝土箱梁斜拉桥，主跨210m，边跨＼雳J165m，边跨设置一个辅助墩，主桥跨径组合为5O+’’’＼115+210=375m。主塔为竖直双柱造形，圆端矩形／～，、’、索、～’、、1、————运用单生死去掉力。激活索1单箱单室混凝土结构，整体高度116．542m，桥面以上选项杀歹索1索1的初力，即加上高度为101．25m，桥面以下高度15．292m，仅在塔梁第二步第四步固结处设一根横梁。图1索力施加过程示意图2．2施工过程三维仿真分析按照上

8、述方法对甘竹溪特大桥进行三维施工仿真从第三步中可以看出，施加力F的方向在变形前分析，根据实际情况共分为34个工况，其中包括悬臂后应该始终与索端点的连线一致，是变化的，但是在浇注挂索阶段，中跨合龙1个阶段，边跨合龙1个阶Ansys中这一特性难以实现，所以这种方法所施加的段，二期恒载1个阶段，