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预应力组合梁桥的有限元分析

发布于:2016-05-16 20:45
有限元分析

      有限元分析项目的大桥采用跨径40 m的简支梁支撑结构,宽度是12.75 m,桥梁荷载级别设计为公路I级。大桥按照双箱单室波纹钢腹板预应力组合梁的桥跨设计进行建造,同时出于增大横向刚度和抗畸变刚度的目的,在大桥的中部和端部分别安装5块和2块横隔板。主梁的立面组织图和横截面组织图分别见图,其中将顶底板建造成厚28 cm的C50强度混凝土结构。
      波纹钢腹板选用12 mm厚的Q345c斜腹板,以保证其能够承受足够的剪切力与屈曲力,具体组织细节见图。全桥布置纵向体内、体外预应力各12束(12-15.24钢束),体内束置于顶底板中,直线形,张拉控制应力达1395 MPa,体外束利用横隔板转向器转向的方法被固定于端横隔梁,张拉控制应力达1302 MPa。
      波纹钢腹板预应力组合梁桥构造形式复杂,波纹腹板抵抗垂直弹性形变的能力与承受垂直剪切力的能力都不足,常规的杆系单元难以准确全面地模拟其布局特性,需要利用空间有限元实体模型展开剖析。通过Ansys系统进行建模,顶底板与横隔板采取Solid45实体单元、波纹钢腹板采取She1163弹性板壳单元、预应力束采用Link8索单元模拟。体内外预应力都利用等效荷载法给予,体外预应力束于中横隔板改变方向的地方与端横隔板固定的一头进行节点自由度耦合以确保体外束节点与混凝土节点位置变化一致。
      根据公路I级车道的荷载相关规定,将试验桥梁的汽车活载设置如下:均布荷载qk=10.5 kN/m,集中荷载pk=320 kN。由于大桥自身的重量与预应力荷载布局平衡,一般不会改变大桥于偏心活载效用下的偏心增大系数,因此仅根据对称加载和偏心加载两种情况得出大桥的偏载系数。
      取主梁八分点断面下底板的偏载侧角点,提取法向应力和法向应力放大系数,同时在上述断面的钢腹板中心交汇点,提取切应力且得到活载切应力放大系数。
      对于波纹钢腹板组合梁桥,不管是正应力还是剪应力,大桥的偏载系数都不是一个常量。全桥正应力分布呈现两端低、中心高的趋势,由于受到端横隔板的约束较强,支座及支座附近的断面的活载法向应力放大系数较高,最高值达到1.648,而其余地方的断面的法向应力放大系数一般介于1.0-1.4之间。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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