三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊懛治?/h1>
2014-03-07 07:03:20王鼎
黑龍江交通科技 2014年4期
王 鼎
(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院)
三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊懛治?/p>
王 鼎
(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院)
近年來(lái)隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯拷猩钊?，但針?duì)橫向、豎向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯枯^少。利用有限元軟件建模，分析了三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊憽?/p>
有限元;實(shí)體單元;三向預(yù)應(yīng)力;長(zhǎng)期下?lián)?/p>
1 引言
大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋具有跨徑大、成本低、剛度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是近年來(lái)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的一些長(zhǎng)期問(wèn)題開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。包括跨中長(zhǎng)期持續(xù)下?lián)?、梁體開(kāi)裂等。其中跨中長(zhǎng)期撓度過(guò)大現(xiàn)象最為普遍。
2000年左右，在我國(guó)以黃石大橋、虎門大橋等為代表的一系列跨徑百米以上的連續(xù)剛構(gòu)主跨持續(xù)下?lián)?，并引起底板、腹板等裂縫;隨后，一些百米左右跨徑的連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋中也出現(xiàn)類似的問(wèn)題。主梁下?lián)馅厔?shì)長(zhǎng)期得不到穩(wěn)定，梁體裂縫也不斷發(fā)展，已嚴(yán)重影響大跨徑混凝土梁橋使用安全，這都導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)、加固費(fèi)用大幅增加。主跨長(zhǎng)期下?lián)狭窟^(guò)大和梁體開(kāi)裂問(wèn)題已成為制約大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋使用的關(guān)鍵問(wèn)題。
近年來(lái)隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯枯^深入，但針對(duì)橫向、豎向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯枯^少。三向預(yù)應(yīng)力作用下的收縮徐變與泊松比有關(guān)，遵循混凝土的三維本構(gòu)關(guān)系方程。計(jì)算所采用的MIDAS FEA三維有限元分析程序即在混凝土的三維本構(gòu)關(guān)系方程基礎(chǔ)上，考慮三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊?/p>
2 背景橋梁介紹
某橋梁主橋上部結(jié)構(gòu)為(85+3×160+85)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋上部結(jié)構(gòu)為40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為空心墩及柱式墩、樁基礎(chǔ)。橋面凈寬:0.5 m(防護(hù)欄)+15.25 m(行車道)+2.0 m(中央分隔帶)+15.25 m(行車道)+0.5 m(防護(hù)欄)。
3 有限元模型建立
使用MIDAS FEA有限元分析軟件進(jìn)行全橋?qū)嶓w建模，主梁按幾何形狀劃分為邊跨現(xiàn)澆段、合攏段、0#～20#塊，采用實(shí)體單元模擬。全橋鋼束包括縱向預(yù)應(yīng)力束(頂班束、腹板束、底板束、合攏束)、豎向預(yù)應(yīng)力束、橫向預(yù)應(yīng)力束。預(yù)應(yīng)力束共6 991束，其中縱向預(yù)應(yīng)力束504束，通過(guò)定義鋼筋單元，施加鋼筋預(yù)應(yīng)力進(jìn)行模擬。在墩梁固結(jié)的地方，由于分兩次劃分網(wǎng)格組，產(chǎn)生了節(jié)點(diǎn)不對(duì)應(yīng)，這里使用了FEA中的對(duì)稱粘結(jié)接觸來(lái)模擬。
4 計(jì)算分析結(jié)果
為比較分析橫向及豎向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊懀瑢⒎治瞿Ｐ头譃槿N工況。
工況一:考慮縱向預(yù)應(yīng)力束、豎向預(yù)應(yīng)力束、橫向預(yù)應(yīng)力束。
工況一:考慮縱向預(yù)應(yīng)力束、橫向預(yù)應(yīng)力束。
工況一:考慮縱向預(yù)應(yīng)力束、豎向預(yù)應(yīng)力束。
工況一:僅考慮縱向預(yù)應(yīng)力束。
通過(guò)MIDAS FEA有限元模型分析計(jì)算，得到各施工階段的豎向位移，如圖1。本文僅以長(zhǎng)期下?lián)狭繛檠芯繉?duì)象，不考慮施工過(guò)程的撓度，認(rèn)為此階段撓度在施工過(guò)程中通過(guò)預(yù)拋高已消除。因此長(zhǎng)期下?lián)狭繛槭晔湛s徐變后的豎向撓度與成橋階段的豎向撓度的差值。
圖1 十年收縮徐變后的豎向撓度云圖
根據(jù)MIDAS FEA有限元模型分析結(jié)果，分別考慮四種工況，得到的十年收縮徐變后的長(zhǎng)期下?lián)现等绫?。
表1 各工況長(zhǎng)期下?lián)狭繉?duì)比
計(jì)算結(jié)果表明橫向和豎向預(yù)應(yīng)力能夠減小大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋跨中長(zhǎng)期下?lián)狭浚褂昧簡(jiǎn)卧?jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋長(zhǎng)期下?lián)系姆椒ㄊ遣粶?zhǔn)確的，應(yīng)在考慮三向預(yù)應(yīng)力的基礎(chǔ)上進(jìn)行撓度折減。
5 結(jié)論
橫向預(yù)應(yīng)力、縱向預(yù)應(yīng)力均對(duì)橋梁長(zhǎng)期下?lián)蠁?wèn)題有一定改善，但作用有限。同時(shí)施加三向預(yù)應(yīng)力能夠有效的減小長(zhǎng)期下?lián)狭浚罂缍冗B續(xù)剛構(gòu)在進(jìn)行施工過(guò)程預(yù)拋高時(shí)應(yīng)考慮三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊?，確保成橋線形的準(zhǔn)確性。
［1］盧鋒，鄭恒斌，余曉琳.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋長(zhǎng)期下?lián)嫌绊憛?shù)分析［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，(14):3542－3545.
［2］熊紅霞，劉志宏.基于ANSYS的鋼管混凝土拱橋收縮徐變分析［J］.桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，(5):55－58.
［3］蘇成，朱毅德.預(yù)應(yīng)力混凝土收縮徐變效應(yīng)的塊體有限元分析［J］.中外公路，2008，(4):105－110.
［4］趙寶俊.豎向預(yù)應(yīng)力作用下箱梁腹板的受力機(jī)理研究［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2012.
U442
C
1008－3383(2014)04－0143－01
2014－02－16
王鼎(1989－)，男，山東棗莊人，長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院碩士研究生。
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(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院)
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王 鼎
(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院)
近年來(lái)隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯拷猩钊?，但針?duì)橫向、豎向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯枯^少。利用有限元軟件建模，分析了三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊憽?/p>
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近年來(lái)隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯枯^深入，但針對(duì)橫向、豎向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系难芯枯^少。三向預(yù)應(yīng)力作用下的收縮徐變與泊松比有關(guān)，遵循混凝土的三維本構(gòu)關(guān)系方程。計(jì)算所采用的MIDAS FEA三維有限元分析程序即在混凝土的三維本構(gòu)關(guān)系方程基礎(chǔ)上，考慮三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊?/p>
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工況一:考慮縱向預(yù)應(yīng)力束、豎向預(yù)應(yīng)力束、橫向預(yù)應(yīng)力束。
工況一:考慮縱向預(yù)應(yīng)力束、橫向預(yù)應(yīng)力束。
工況一:考慮縱向預(yù)應(yīng)力束、豎向預(yù)應(yīng)力束。
工況一:僅考慮縱向預(yù)應(yīng)力束。
通過(guò)MIDAS FEA有限元模型分析計(jì)算，得到各施工階段的豎向位移，如圖1。本文僅以長(zhǎng)期下?lián)狭繛檠芯繉?duì)象，不考慮施工過(guò)程的撓度，認(rèn)為此階段撓度在施工過(guò)程中通過(guò)預(yù)拋高已消除。因此長(zhǎng)期下?lián)狭繛槭晔湛s徐變后的豎向撓度與成橋階段的豎向撓度的差值。
圖1 十年收縮徐變后的豎向撓度云圖
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5 結(jié)論
橫向預(yù)應(yīng)力、縱向預(yù)應(yīng)力均對(duì)橋梁長(zhǎng)期下?lián)蠁?wèn)題有一定改善，但作用有限。同時(shí)施加三向預(yù)應(yīng)力能夠有效的減小長(zhǎng)期下?lián)狭浚罂缍冗B續(xù)剛構(gòu)在進(jìn)行施工過(guò)程預(yù)拋高時(shí)應(yīng)考慮三向預(yù)應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期下?lián)系挠绊?，確保成橋線形的準(zhǔn)確性。
［1］盧鋒，鄭恒斌，余曉琳.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋長(zhǎng)期下?lián)嫌绊憛?shù)分析［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，(14):3542－3545.
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［3］蘇成，朱毅德.預(yù)應(yīng)力混凝土收縮徐變效應(yīng)的塊體有限元分析［J］.中外公路，2008，(4):105－110.
［4］趙寶俊.豎向預(yù)應(yīng)力作用下箱梁腹板的受力機(jī)理研究［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2012.
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1008－3383(2014)04－0143－01
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