詹 航 聶尚杰 歐陽(yáng)澤卉

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 武漢 430056）

0 引言

預(yù)應(yīng)力在橋梁中應(yīng)用非常廣泛，是作用在橋梁上的常見荷載。目前，除了大部分橋梁專用軟件外，設(shè)計(jì)者若借助于通用有限元軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，需利用軟件提供的二次開發(fā)接口開發(fā)特殊計(jì)算模塊來解決預(yù)應(yīng)力損失及荷載模擬問題。模擬預(yù)應(yīng)力荷載通?？刹捎锚?dú)立劃分混凝土和預(yù)應(yīng)力筋單元的整體式分析法，通過對(duì)預(yù)應(yīng)力筋單元施加降溫荷載或根據(jù)鋼筋不同部位預(yù)應(yīng)力損失以初應(yīng)變的方式對(duì)預(yù)應(yīng)力筋單元施加應(yīng)力，從而較為準(zhǔn)確的模擬預(yù)應(yīng)力作用。但當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋布置數(shù)量龐大且布置線性復(fù)雜時(shí)，上述方法工作量巨大。因此，本文選用等效荷載法，將預(yù)應(yīng)力與混凝土進(jìn)行分離，用荷載的形式將預(yù)應(yīng)力筋等效為作用在混凝土單元上等效結(jié)點(diǎn)荷載，基于ANSYS平臺(tái)完成鋼束形狀的幾何描述及預(yù)應(yīng)力等效荷載分析程序模塊設(shè)計(jì)。

1 預(yù)應(yīng)力筋幾何描述

將預(yù)應(yīng)力鋼束向橋梁縱軸線剖面 'xoy進(jìn)行投影,已知各導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)以

及導(dǎo)線點(diǎn)的豎彎半徑，容易得到導(dǎo)線點(diǎn)i處圓弧段對(duì)應(yīng)的圓心角iα和切線長(zhǎng)度iL：

圖1-1 坐標(biāo) 'x到坐標(biāo)x的轉(zhuǎn)換

2 預(yù)應(yīng)力等效荷載法

橋梁實(shí)踐中常采用直線配筋、折線配筋及曲線配筋三種形式，下面以曲線配筋形式給出預(yù)應(yīng)力等效荷載的計(jì)算公式。曲線形配筋布置情況如圖 2-1所示。

圓曲線和二次拋物線曲線方程及傾角函數(shù)分別為：

圖2-2 微段曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋受力示意圖

3 預(yù)應(yīng)力等效荷載計(jì)算程序及驗(yàn)證

本文通過編寫基于ANSYS的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析程序模塊，將鋼束的空間幾何線形近似轉(zhuǎn)化為若干條首尾相連的折線，并計(jì)算出有效預(yù)應(yīng)力后，即可在有限元程序中求解鋼束對(duì)混凝土產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)。驗(yàn)證算例選用跨徑30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支變截面箱梁，ANSYS模型采用beam188單元，共劃分30個(gè)單元。預(yù)應(yīng)力等效荷載計(jì)算子程序流程圖和驗(yàn)證模型如圖 3-1所示。

圖3-1 等效荷載子程序流程及模型圖

圖3-2 梁體預(yù)應(yīng)力筋縱向布置圖

由表 3.1計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于采用曲線配筋方式的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，本程序預(yù)應(yīng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果與兩種比對(duì)程序相差不大，誤差均未超過5%，有可靠的工程計(jì)算精度。

表3 .1預(yù)應(yīng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

本程序 12197.35 5.61E-03主梁1/4位置處橋梁博士 12550.00 5.87E-03誤差（%） -2.81 -4.35 Midas/Civil 12547.00 5.83E-03誤差（%） -2.79 -3.69

4 結(jié)論

依據(jù)等效荷載法原理開發(fā)的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析程序模塊對(duì)曲線配筋形式的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行分析，由最終的對(duì)比結(jié)果可知，該模塊具有可靠的計(jì)算精度，從而驗(yàn)證了在通用有限元軟件中采用預(yù)應(yīng)力等效荷載法分析混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的可行性。

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西北民族大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201710742073）