预应力混凝土箱梁桥横向受力分析方法的研究比较

关于箱梁横向受力分析的论文

第22卷　第7期

2005年7月　　

公　路　交　通　科　技

JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment

Vol122　No17

Jul12005

文章编号:1002Ο0268(2005)07Ο0068Ο03

预应力混凝土箱梁桥横向受力

分析方法的研究比较

陶舍辉,项贻强,吴　明

1

1

2

(11浙江大学交通工程研究所,浙江　杭州　310027;21浙江省公路管理局,浙江　杭州　310016)

摘要:以洋安大桥主桥5跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥为背景,有限元法进行分析比较,,在实际设计计算中须谨慎使用平面框架法。

关键词:箱梁桥;横向受力;平面框架法;中图分类号:U448121+3　　　　　　:onMethodsforAnalyzingTransverseInternalForce

ofPrestressedConcreteBoxGirderBridge

TAOSheΟhui,XIANGYiΟqiang,WUMin

1

1

2

(11InstituteofCommunicationScience&Technology,ZhejiangUniversity,Zhejiang　Hangzhou　310027,China;

21ZhejiangProvincialHighwayAdministrationBureau,Zhejiang　Hangzhou　310016,China)

Abstract:TakeafivespanprestressedconcreteboxgirderbridgesofYangAnBridgeasaexample,thetransverseinternalforceiscal2culatedbytwodifferentmethods,respectivelytheconventionalplaneframemethodandthespatialfiniteelementmethod1Theresultofmostcaculationshowsthatthetransverseinternalstressesobtainedbytheplaneframemethodaremuchlargerthanthosebythespatialfiniteelementmethodinamajorityofcrucialposition1Soitisrecommendedthatitshouldbecautioustousetheplaneframemethodinactualdesignofboxgirderbridge1

Keywords:Prestressedconcreteboxgirderbridge;Transverseinternalforce;Planeframemethod;Spatialfiniteelementmethod

目前国内箱梁横向受力分析还没有统一的方法,

公路《规范》也没有作出规定。美国“预制节段箱形梁桥手册”的横向内力分析方法———“TYL”法是采用先加刚性支承进行框架分析,再释放支承,将支反力以大小相等方向相反的力加到框架上,并将释放的荷载分解为对称荷载与反对称荷载分别进行计算,然后将三部分计算结果叠加而成。“TYL”法只适用于上下板等厚度或不等厚的单室对称箱梁。此种方法有较严格的理论推导,但计算过程复杂,实际设计中应用困难,而且只局限于单箱单室箱梁。文献[2]提

收稿日期:2004Ο05Ο14

出了板的影响面法或有效宽度法,但它忽略了腹板、

翼缘板扭曲变形对彼此的影响。

本文首先采用工程设计中常用的取纵向单位长度箱梁节段用平面框架法进行计算,然后根据结构的实际边界条件,用大型通用软件ANSYS610进行空间有限元法对比计算。1　工程背景

洋安大桥主桥为(56+90+120+90+56)m一联的预应力混凝土变截面连续箱梁桥(如图1),上部

作者简介:陶舍辉(1979-),男,浙江武义人,硕士,主要研究方向为预应力混凝土桥梁的分析设计理论与检测评价1

关于箱梁横向受力分析的论文

第7期　　　　　　　　　陶舍辉,等:预应力混凝土箱梁桥横向受力分析方法的研究比较　　　　　　　　　　　69

结构横断面形式为双箱单室截面,两幅箱梁通过后浇带连为一体(如图2)。中跨120m跨主梁根部梁高为650cm,90m跨主梁根部梁高为500cm,梁跨中及边跨支点梁高为280cm。分离式单箱每箱室底板宽600cm,悬臂宽250cm,悬臂端部厚20cm,根部厚50cm,休息平台外挑桥面板为20cm等厚。箱梁顶板

形成,箱底板保持水平。箱梁顶板线形与道路竖曲线线形一致,梁高依二次抛物线变化。

主桥连续箱梁桥设计采用纵向、竖向和横向预应力体系。纵向预应力材料均采用符合ASTMA416标准jb

<15124高强低松弛钢绞线,标准强度Ry=1860MPa,箱梁纵向为9<15124、12<15124、19<15124等3种规格的钢绞线和相应的OVM锚锚具。

竖向预应力采具,张拉控制应力为0185Ry=63715MPa,横向预应

j

力采用2(3)<15124钢绞线

。

b

j

j

j

厚25cm、腹板厚分别为50、60、70cm等3种;120m跨根部断面底板厚120cm,90m跨根部断面底板厚80cm,跨中及边跨支点底板厚为30cm,期间底板厚按二次抛物线变化。两幅箱梁中间设50cm的后浇带,后浇带顶板厚度为25cm。桥面横坡由箱梁顶板横坡

Πcm

图2　洋安大桥主桥典型横断面图Πcm

2　计算分析模型211　平面框架法21111　计算图式

j

用ASTMA416Ο90a(270K)标准的φ15124高强低松驰

钢绞线,标准强度Ry=1860MPa,弹性模量Eg=119×10MPa。21113　计算荷载

5

b

考虑到该桥施工采用两幅箱梁分离式施工,因此此处只对单幅箱梁进行计算。

取主桥中跨跨中截面、1Π4截面两关键截面纵向单位长进行横向受力分析,对图3所示截面的5个位置进行应力计算。

分析采用平面梁单元建立有限元模型,如图4。

计算荷载为恒载(包括自重、预应力、桥面铺装)、汽车活载或挂车活载(分别为汽Ο20和挂Ο100)。活载的横向加载如图5所示,挂车活载的横向加载位置如图6所示。

图3　横截面计算位置　　图4　平面框架法有限元模型

21112　计算参数

箱梁梁体采用C50,混凝土容重为26kNΠm。横

向受力分析只考虑横向预应力钢筋,预应力钢铰线采

3

图5　汽车活载横向布置　图6　挂车活载横向布置

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70　　　　　　　　　　　　　　　　　　公　路　交　通　科　技　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第22卷

表1　中跨跨中截面计算结果及比较

恒载

应力点位置σmax

上缘应力σ

min

AΟA

σmax

下缘应力

σσmax

上缘应力σ

min

BΟB

σmax

下缘应力

σσmax

上缘应力σ

min

CΟC

σmax

下缘应力

σσmax

σ

min

DΟD

max

min

Eσmax

σ平面

ANSYS

框架

4125

2198

212　空间有限元法21211　计算图式

MPa挂车

汽车平面

ANSYS

框架

空间分析的计算截面及点位同前。分析采用AN2SYS板壳单元建立空间有限元模型,共分27934个单元,如图7所示。ANSYS板壳单元模型建立的正确性由该连续箱梁桥的纵向受力计算与平面模型所得的数据符合得较好可以证实,限于篇幅,这里不再列出

。

平面框架

ANSYS0100-4118511001001143-11842118-0422134-01450171-11670192-01291149-01460113-01090108-0102

010001000100-5176-3133-7126517331067121

-1160-0149

010001000100014401870163-1102-1140-1116019711431101

-0158-0117

-054-018-0771194

1189

11194168

01833165

212221082177-0144-0128-01630102012501041183-1130-211514801242102185-0115-111512101941165-1112-0129-1152

图7　主桥空间有限元模型

-0000133

0128

21212　计算参数

计算参数同前。计算考虑纵向及横向预应力钢

筋。21213　计算荷载计算荷载同前。向排列同前。3　计算结果及比较

013201070146

-0146-0105-0166011101040113

-0159-0117

0100-01010100

表2　中跨1Π4截面各计算结果及比较

恒载

应力点位置σmax

上缘应力σ

min

AΟA

σmax

下缘应力

σσmax

上缘应力σ

min

BΟB

σmax

下缘应力

σσmax

上缘应力σ

min

CΟC

σmax

下缘应力

σσmax

上缘应力σ

min

DΟD

σmax

下缘应力

σσmax

上缘应力σ

min

EΟE

σmax

下缘应力

σ平面

ANSYS

框架

4119

2188

MPa挂车

汽车平面

ANSYS

框架

活载计算中按汽车3个工况,挂车两个工况分别计算,然后对每个计算点取其最不利值。中跨跨中截面、LΠ4截面的平面框架法与ANSYS空间有限元法在各计算点的应力值比较分别见表1和见表2。4　结语

(1)由表1、表2可见,平面框架法计算结果中

平面

框架

ANSYS0100-4115511001001127-11651196-01372170-01667163-21070162-01240163-01350117-01130143000

010001000100-5176-3133-7119517331067121

-1158-0148

010001000100013801750156-0193-1128-1104019011330191

-0158-0117

-0147-0116-01671193

2114

11274155

01893155

215321373120-0165-0141-0193012931630143-2118-1155-2166110301171137-0171-0113-0195015601440170-0185-0122-1115

有多处计算点出现了拉应力,其中最大拉应力出现在挂车工况下的悬臂根部上缘,两个截面均超过了7MPa。如果进行正常使用极限状态组合验算,恒载+挂车组合值为3MPa的拉应力,已经超出规范要求。而空间有限元方法计算结果中,各计算点应力普遍比较低,且悬臂根部的最大拉应力仅为4MPa,恒载+挂车组合值也仅为112MPa拉应力。

(2)实际设计中,平面框架法是一种偏安全的简便快捷的算法,再加上在腹板和底板配上大量普通钢筋,一般能保证安全。但对于设计者来说,连续箱梁桥的横向受力在空间上究竟如何应该了解,这对于确保工程的经济合理非常重要。

-0157-012101440114

01380112

014201090159-0168-0107-0195015101190170

-0127-0108

-026000-036

参考文献:

[1]　郭金琼,郑震,带伸臂箱梁桥横向内力分析[J]1土木工程学

报,1986,19(3):59-721

[2]　程翔云,双室箱梁横向内力计算的有效宽度[J]1湖南大学学

报,1986,13(1):30-361

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rqii.html