文章编号:167127449(2004)0120090204
预应力连续箱型桥梁静载有限元分析
Ξ杨红霞,陈尚和
(奥科瑞交通科技公司,北京100078)
摘 要: 有限元法是根据变分原理求解物理问题的数值计算方法,SA P93是一个优秀的微机有限元前后处
理系统V izi CAD,本文对一预应力连续桥梁运用SA P93进行了有限元分析,并结合该桥实测数据进行了对
比分析,分析结果表明实验方案合理,实验数据真实可靠,而且也表明,所采用的有限元计算模型合理,加
力位置正确,用有限元方法来分析桥梁的受力性能,其结果准确可靠.
关键词: 连续箱型桥梁;静载试验;有限元分析
中图分类号: TB12;O241.82 文献标识码:A
Static L oad Test and F i n ite El m en t Analysis of
Prestressed Con ti nuous Box Girder Br idge
YAN G Hong2x ia,CH EN Shang2he
(A ok2real Comm un icati on T echno logy D evelopm en t Company,L td.,Beijing,100078)
Abstract: SA P93is an excellen t V izi CAD p rocessing system.A p restressed con tinuou s box girder b ridge is analysed by u sing fin ite elem en t m ethod.T h rough the analysis of test resu lt,it is concluded that the test m ethod is reliab le and feasib le,the actual fo rce and defo rm ati on is less than design value. T he resu lts of fin ite elem en t calcu lating are in agreem en t w ith the test resu lts,w h ich show s the feasib le test schem e and the test data.
Key words:con tinuou s box girder b ridge;static load test;fin ite elem en t analysis
0 引 言
某铁路交通路口为改善交通状况,新修一座立交桥.该桥分为3层,第一层为高架桥,高架桥中间部分采用三跨连续箱梁.为满足结构和使用要求,连续箱梁采用现浇后张法施工,其断面为单箱双室,预应力一次张拉完成,箱梁支座为400×600×67四氟滑板支座.为了检测桥梁整体受力性能和承载力能否达到设计和使用要求,对该桥进行了动、静荷载试验.由于力学实测中存在的种种难点和不足,比
Ξ收稿日期:2003206209
作者简介:杨红霞(1971-),女,工程师,硕士,主要从事桥梁检测研究工作.
如,仪器[1]的精确性,检测现场条件,等等.学术界和工程领域都对采用有限元分析计算的方法给予了高度的重视,用有限元方法可以分析结构的受力性能、动力特性、以及模拟地震反应.它包括从设计施工图纸进行初始建模、根据试验数据进行模型修正以及依据修正后的模型进行桥梁预示等几个过程.桥梁的研究具有试验实测和理论计算的不同手段,它们在工程应用时是互为补充的关系.为了对该次试验结果从理论分析上进行论证,本文将结合该桥静载试验结果,应用SA P 93对三跨箱型[2]连续梁桥的静力特性进行有限元分析.
1 结构计算模型的简化思路
因为上部结构与桥的支撑体系在施工时是分为两步施工的,先浇筑桩墩桩台,再安装盖梁,最后浇筑上部结构,上部结构与支撑体系间有微小缝隙,故考虑为铰支支承.在建立有限元模型时,三个跨度为28m 的现浇预应力箱梁实质为铰接的三跨连续梁.如图1所示
.
图1 两端铰接的三跨连续梁
F ig .1 T h ree span continuous box girder bridge
2 结构有限元计算的建模
2.1 计算单元的确定
在进行有限元模拟计算时,计算单元[3]分得越小,计算结果越精确,但是,单元太多,将会受计算机内存所限,而且,影响计算速度.因此,划分单元数目时,要综合考虑计算结果精度和计算机计算速度.2.2 计算模型的建立
1)材料参数
本文主要研究桥梁的挠度及成桥应力,因此不考虑预应力钢筋混凝土中钢筋和混凝土之间的影响,按匀质构件建立模型.材料本构关系为线弹性.
表1 材料参数
Tab .1 M aterial param eter
项 目弹性模量
泊松比
质量密度
参 数
3.6×1010
0.2
25000N m 3
2)单元类型为八节点三维实体单元.桥梁实体较厚,不宜采用梁单元或板壳单元,实体单元能较好
的模拟实际受力情况.
3)建模方式,箱型混凝土桥梁结构较复杂,用AU TO CAD 建立模型,利用SA P 93的图形接口接入进行计算.
有限元模型如图2所示.
1
9(总第47期)预应力连续箱型桥梁静载有限元分析(杨红霞等)
图2 有限元模型图
F ig .2 F inite elem ent model graph
3 预应力箱型桥梁的静载有限元结果
对称荷载和偏心荷载应力分布等值线图如图3,图4所示
.
图3 对称加载时应力分布图(边跨跨中出现应力峰值)
F ig .3 Stress distributing graph of the symm etrical
load
图4 偏心加载时应力分布图(边跨跨中出现应力峰值)
F ig .4 Stress distributing graph of the eccentricity load
从图3,图4中可以看出,对称荷载作用下,桥的边跨向下变形最大,出现应力峰值,在车轮作用的地方,所受力最大;偏心荷载也是两边跨向下变形最大.中间跨反方向向上变形,出现应力峰值的地方也是变形最大的地方.
4 有限元计算结果分析
4.1 位移结果的确定
从SA P 93的p late 数据中,能查出具体的某点数值,将有限元计算结果统计为表2.
表2 位移结果表(mm )
Tab .2 R esults of the disp lacem ent (mm )
测点号
471010～11
轴跨中
对称2.61972.94602.6197偏载1.56312.69593.687012～13
轴跨中
对称2.58032.86872.5803偏载
1.6040
2.7597
3.7712
4.2 荷载横向分配系数分析
桥上的荷载在横向由n 根主梁各自程度不同的分担,就叫做荷载的横向分布[4],系数称为荷载横向
29测试技术学报2004年第1期
分布系数m .车辆的荷载横向分配系数近似公式为
m =ck n ,
式中:n 为横截面内板的块数;k 为车辆荷载列数;c 为修正系数,对于汽车荷载为1.15,挂车荷载为1.30.
对数据结果进行分析计算,得出荷载横向分布系数如表3所示.
表3 荷载横向分布系数(有限元计算值)
Tab
.3 T ransverse distributing coefficients of the load (the value of finite elem ent computati on )测点号
45671010～11
轴跨中
对称0.1380.1370.1480.1550.1480.1370.138偏载0.0850.0920.1250.1470.1630.1870.20112～13
轴跨中
对称0.1390.1370.1470.1540.1470.1370.139偏载
0.085
0.093
0.125
0.147
0.163
0.187
0.200
根据该桥梁的静载试验结果,得出该桥梁荷载实测横向分布系数值如表4所示.
表4 荷载横向分布系数(实测值)
Tab
.4 T ransverse distributing coefficients of the load (the tested value )测点号
45671010～11
轴跨中
对称0.210.040.040.200.190.160.17偏载0.090.030.160.190.180.160.2012～13
轴跨中
对称0.110.150.200.160.120.100.17偏载
0.07
0.08
0.17
0.15
0.17
0.15
0.21
5 结 论
荷载横向分布系数较均匀,表明该箱型桥梁整体受力性能较好.对比有限元和实测荷载横向分布系
数,可以看出有限元计算结果与实际检测结果相近,该结果表明本次实验方案合理,实验数据真实可靠,而且所采用的有限元计算模型合理,加力位置正确,用有限元方法来分析桥梁的受力性能,其结果是准确可靠的.
偏心加载有限元分析,目的是测试连续梁刚构的扭转效应.从几种不同偏心加载试验(计算图略)可以看出,在边跨偏心加载时,边跨跨中正应力表现出严重的界面畸变效应,及加载点附近峰值远比远离加载点的正应力要大得多,但这种现象在其它截面不明显[5],说明箱形梁的扭转受到横隔板[7]的约束时畸变扭转效应明显减弱.
参考文献:
[1] 谭志勇,吴素春.桥梁结构的力学特性测试与分析计算[J ].强度与坏境,2001(3):1-6.[2] 吴文清,叶见曙.预应力混凝土连续箱梁桥的静载力学实验[J ].工程力学增刊,2001,191-195.
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木工程学会桥梁及结构工程分会,上海:同济大学出版社,2002.284-288.
[4] 姚玲森.桥梁工程[M ].北京:人民交通出版社,1990.58-62.
[5] 杨红霞.预应力桥梁动静载实验及研究[D ],武汉:武汉理工大学,2003.[6] 丁汉山.桥梁结构样条子域法分析[M ].北京:人民交通出版社,2002.93-99.
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