基于有限元的簡支梁加固受力分析的研究

摘要:舊橋加固技術的研究是為保證橋梁預期壽命內(nèi)的正常運營。以橋梁工程、計算機科學、工程力學等理論為基礎，在分析橋梁的結構特點的基礎上，運用美國開發(fā)的ANSYS軟件對簡支橋梁加固的內(nèi)力分析，并結合實際的工程進行了應用，為橋梁的加固計算提供了一條便捷的方法，完善了舊橋加固理論體系，使得公路舊橋加固技術更加系統(tǒng)化、規(guī)范化。

關鍵詞:簡支梁;加固;受力分析

0 引言

橋梁承載能力和通行能力是確保公路暢通的關鍵。隨著公路運輸量不斷增長，公路橋梁的壓力越來越大，橋梁發(fā)生老化、裂縫、破損等現(xiàn)象日益嚴重，承載能力明顯下降。若將這些有嚴重病害的橋梁拆除重建，將耗費大量資金，且建設周期長。經(jīng)驗表明，橋梁加固費用約為新建橋梁費用的10%~20% 并且工期大為縮短[1]。為保證橋梁預期壽命內(nèi)的正常運營，舊橋的加固技術研究具有重要得現(xiàn)實意義。

1937年德國工程師 Franz Dischinger，最早獲取了結構施加體外預應力的專利;1952 年古巴建造了美洲的第一座體外預應力橋—Canas 河大橋[2]。1979年，美國的Jean Muller設計的Long key Bridge。1979年日本北陸高速公路大慶寺川橋等橋梁的修補[2]。國內(nèi)上世紀80年代初，體外預應力技術開始用于公路橋梁的加固，收到了很好的經(jīng)濟和社會效益并寫入了現(xiàn)行《混凝土結構加固技術規(guī)范》[3]。

1 計算

目前采用線彈性理論來分析結構的內(nèi)力和應力，這種按規(guī)范的設計方法對梁、板等簡單構是有效的，但對于復雜的構建缺乏相應的計算公式，不能給出正常使用載荷下結構的應變狀態(tài)、力學狀態(tài)和整個結構的可靠性等。而美國開發(fā)的ANSYS軟件可以適應任何的結構的形式，對材料的力學性能也有很強的適應能力。

ANSYS軟件是融結構、流體等分析于一體的大型通用有限元分析軟件[4];利用ANSYS軟件對橋梁進行強度與剛度分析時，需建立混凝土梁有限元模型，建模時既要如實反映橋梁實際結構的重要力學特性，又要盡量采用較少的單元和簡單的單元形態(tài)，以保證較高的計算。

2 算例分析

2.1基礎數(shù)據(jù)

某橋梁行車道寬度為10m，全橋每跨采用5根預制的鋼筋混凝土T形梁，每根梁行車道板寬2.20m，沿主梁縱向布置5根橫隔梁。圖1為橋梁橫斷面布置及主梁一般構造圖(單位:cm)。主梁預制長度:19.96m;橋面凈寬:凈10+2×0.5m護欄;設計荷載:公路-I級;材料:鋼筋R235、HRB335;混凝土T形主梁(圖2 主梁計算截面)、橋面鋪裝(防水)為C30;欄桿、人行道為C25。