發(fā)布時間：2020-02-23 07:55

【摘要】：長山大橋是目前國內(nèi)最大跨徑的預應力混凝土矮塔斜拉橋,為更為準確分析其成橋狀態(tài)下工作性狀,通過建立全橋三維精細化有限元數(shù)值模型,合理考慮預應力鋼筋和索力作用影響,針對自重、二期恒載、預應力荷載以及車道荷載作用下結構體系受力變形特性進行了三維數(shù)值分析,得到一些有意義的結論,可為相關工程實踐提供參考。計算結果表明,在大型數(shù)值分析過程中需對預應力鋼筋進行精細化考慮,以真實反映索力與預應力共同作用下的復雜工作受力變形狀態(tài)。
【圖文】：

部區(qū)域梁段長度３．０ｍ。主梁混凝土為Ｃ５５高性能混凝土。拉索的布置形式為線性，主梁拉索橫向間距２１．６ｍ，主梁上縱向索距為４ｍ，索塔上標準索距０．８ｍ。根據(jù)ＡＤＩＮＡ數(shù)值平臺提供的單元，從中選擇能滿足分析要求的單元類型，主塔和主梁選用８節(jié)點３－Ｄ實體單元［７］。針對斜拉索只受拉不受壓的特性，采用非線性的ｔｒｕｓｓ單元模擬斜拉索，材料由給定的單軸應力應變曲線來描述，應力～應變曲線的參數(shù)根據(jù)斜拉索的彈性模量求得，用于斜拉索的應力應變曲線如圖１所示。預應力鋼筋則采用線彈性ｔｒｕｓｓ單元模擬。大連長山大橋主梁混凝土中配筋復雜且數(shù)量龐大，若對普通鋼筋進行完整建模，會大大增加計算消耗，因此需對鋼筋進行一些合理的簡化［８］。圖１斜拉索應力應變～關系曲線簡化后的主梁的抗彎剛度與實際的鋼筋混凝土的抗彎剛度滿足下列關系式：ＥＩ＝ＥｓＩｓ＋ＥｃＩｃ（１）式中：Ｅ為簡化后模型的彈性模量；Ｅｓ和Ｅｃ分別為鋼筋和混凝土的彈性模量。因長山大橋為塔梁墩固結體系，薄壁墩和主塔建模時采用單元耦合處理，以保證主梁和主塔的整體性。長山大橋全橋數(shù)值模型如圖２所示。圖２全橋有限元數(shù)值模型數(shù)值模型中采用分離式鋼筋模型，具體通過ｔｒｕｓｓ單元選項中的Ｕｓｅａｓｒｅｂａｒ功能實現(xiàn)。其中，Ｒｅｂａｒ單元預應力的施加方法則采用初應變法，通過進一步考慮應力應變關系由初應力計算得出所需初應變。初應變法概念清晰、計算簡單，能很好模擬大連長山大橋預應力初應力施加過程。本文數(shù)值模型中主梁的橫向、豎向和縱向預應力筋均采用上述初應變法模擬。具體初應

其他附屬設施按９ｋＮ／ｍ計［９］，則換算成面積分布力４．１７ｋＮ／ｍ２。主梁撓度的產(chǎn)生主要是由于橋梁自重和靜活載兩部分作用所引起，依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》規(guī)定，主梁作為受彎構件需驗算其在靜活載作用下的變形是否滿足限值要求。而對于橋梁自重導致的豎向撓度為長期變形，，需采用設置預拱度來加以消除［１２］。為了分析預應力荷載對結構位移的影響，本文分別對有預應力鋼筋和無預應力鋼筋兩種三維模型進行計算。主梁在是否考慮預應力鋼筋兩種情況下，其中跨半跨的位移比較如圖３所示。由圖３可見，在不考慮預應力作用影響情況下，所計算橋面位移，最大位移發(fā)生在中跨某斜拉索作用處，最大幅值水平為０．０３３４ｍ。而在考慮預應力鋼筋情況下，主梁起拱，由于中跨合龍段底板鋼束比較多，使得跨中部分拱起，主梁的最大位移發(fā)生在中跨的跨中，最大幅值水平為０．１２９１ｍ，符合規(guī)范關于預拱度的限值要求。由上述分析結果可知，在考慮預應力荷載作用下所計算的結構主梁位移更符合實際的情況。圖３主梁中跨半跨位移變化主塔在是否考慮預應力鋼筋作用兩種情況下的順橋向位移比較如圖４所示。由圖４可見，在不考慮預應力鋼筋影響時，主塔基本保持豎直，此時主梁亦基本保持水平，且由于邊跨側(cè)和中跨側(cè)斜拉索索力不等，導致主塔稍向邊跨側(cè)偏移。在主梁考慮有預應力鋼筋作用時，主塔發(fā)生較大傾斜，最大順橋向位移發(fā)生在塔根位置，最大幅值水平為０．０１６ｍ。由于局部結構為塔梁墩固結體系，索塔根部順橋向位移對應，這亦與圖５所示主墩在自重與二期恒載作用下墩頂順橋向位移幅值水平和位置相一致。圖４主塔順橋向位移隨高度變化圖５主墩縱橋向

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