大懸臂展翅箱梁橋受力分析

摘要：本文以橫琴二橋南引橋?yàn)楣こ瘫尘?，運(yùn)用ANSYS建立有限元模型，并與實(shí)際測試數(shù)據(jù)對比，分析大懸臂展翅箱梁橋橫向受力特性，可為類似橋型的設(shè)計(jì)提供參考。

Abstract： In this paper， taking the south bridge of Hengqin Ⅱ Bridge as the engineering background， the finite element model is established by using ANSYS， and compared with the actual test data. The transverse force characteristics of the cantilever wing box girder bridge are analyzed， which can provide reference for similar bridge design.

關(guān)鍵詞：大懸臂展翅箱梁；有限元；受力特性

Key words： large cantilever wing box girder；finite element；stress characteristics

中圖分類號(hào)：U441+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）14-0098-02

0 引言

隨著城市橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展，箱形截面以其良好的受力特性以及在城市橋梁領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用[1]?，F(xiàn)代的橋梁建設(shè)為了滿足日益增長的交通量，橋梁車道數(shù)越多，橋梁橫向?qū)挾仍絹碓酱?。對于箱梁梁橋常見的形式有單箱多室，多箱單室，多箱多室等。本工程采用單箱多室大懸臂展翅箱梁，大懸臂展翅箱梁橋整體結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美，并且能較好的與現(xiàn)代化城市相協(xié)調(diào)；上部采用大懸臂箱梁結(jié)構(gòu)可提供較多行車道，滿足日益增長的交通量；下部結(jié)構(gòu)可以采用各類造型優(yōu)美的橋墩，使橋梁既美觀又實(shí)用[2]。本文以橫琴二橋南引橋?yàn)檠芯繉ο?，通過理論計(jì)算和實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，對其橫向受力進(jìn)行分析[3]。

1 工程背景

橫琴二橋標(biāo)準(zhǔn)梁寬33.5m，雙向6車道，采用大懸臂展翅分層現(xiàn)澆箱梁，懸臂長達(dá)8m，橋跨42m，箱梁高2.5m，箱梁頂寬33.50m，底板寬17.50m，箱梁頂板底板均厚0.25m，在支點(diǎn)附近局部加厚，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)受力需要，挑梁端部沿縱向設(shè)小縱梁，小縱梁高45cm，寬80cm，以增強(qiáng)箱梁翼緣的抗扭作用，挑梁間下緣弧形板采用橢圓曲線，全聯(lián)弧形板曲線線形一致，板厚和挑梁下翼緣相同，厚20cm[2]。建成后效果圖如圖1所示。

2 實(shí)橋測試

橫琴二橋南引橋采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，但由于其分段施工的體積比較大，屬于大體積混凝土，為了降低大塊混凝土的水化熱，橫琴二橋南引橋采用分層分段澆筑混凝土，箱梁分兩層澆筑。對橫琴二橋南引橋4×42m一聯(lián)進(jìn)行應(yīng)力測試，在截面關(guān)鍵位置布置應(yīng)力測試點(diǎn)，對大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的應(yīng)力分布進(jìn)行測量。測點(diǎn)布置圖2、圖3所示。

實(shí)橋測試采用埋入式正弦傳感器和粘貼振弦式傳感器測量箱梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。采用采集儀器將應(yīng)變自動(dòng)轉(zhuǎn)換應(yīng)力。振弦傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性，適用各類工作環(huán)境，在工程中廣泛運(yùn)用。但傳感器精度也受一些因素影響，如自身的自造精度，環(huán)境的溫度影響以及在使用中對傳感器的運(yùn)用保管不當(dāng)。這些都會(huì)影響傳感器測試的精度，應(yīng)引起注意，計(jì)算誤差。

3 有限元模型

選取橫琴二橋南引橋4×42m的一聯(lián)用ANSYS有限元軟件建立模型，采用ANSYS中的solid65單元模擬混凝土，link8單元模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋。先建立幾何體結(jié)構(gòu)，劃分單元，再將預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土擬合。為了提高計(jì)算結(jié)果的精度，模型采用精細(xì)網(wǎng)格單元，且理論計(jì)算模型與實(shí)測橋梁有相同的情況相同約束條件及受力。因?yàn)闄M琴二橋南引橋采用的分層分段現(xiàn)澆，所以建模也采用相同的施工過程分析，提取相應(yīng)工況的結(jié)果數(shù)據(jù)。有限元模型如圖4所示。

4 理論計(jì)算與實(shí)測結(jié)果對比分析

本文通過建立橫琴二橋南引橋有限元模型，提取與實(shí)測截面對應(yīng)測點(diǎn)的應(yīng)力。對比由圖5和圖6所示。從圖5和圖6可以看出理論計(jì)算和實(shí)測結(jié)果比較接近，誤差在10%左右。說明ANSYS有限元軟件可以較好的模擬結(jié)構(gòu)受力。

5 橫向受力分析

大懸臂展翅預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，由于其懸臂較長，結(jié)構(gòu)橫向相應(yīng)明顯。在做設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要配縱向力筋，還要配置一定數(shù)量的橫向力筋滿足結(jié)構(gòu)受力。橫向預(yù)應(yīng)力筋是用以保證橋梁的橫向整體性、橋面板及橫隔板橫向抗力的主要受力鋼筋[4]。本文將以橫琴二橋南引橋?yàn)橐劳泄こ蹋治鲈摌蛟跈M向預(yù)應(yīng)力鋼筋作用下的受力分布規(guī)律。

將模型按配置和不配置橫向預(yù)應(yīng)力分別計(jì)算分析，取結(jié)構(gòu)的第1跨跨中，2號(hào)墩進(jìn)行變形和應(yīng)力對比分析。對比結(jié)果如圖7-圖10。從這4個(gè)圖中可以看出南引橋的橫向變形和應(yīng)力在布置和不布置橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋具有相同的變化趨勢，橫向變形都是懸臂端部變形最大，根部變形最小。橫向應(yīng)力分布，懸臂根部較端部大特別是支座處。但從圖7-圖8可以看出結(jié)構(gòu)在布置了橫向預(yù)應(yīng)力的情況下能較好的改善結(jié)構(gòu)變形，最大減小達(dá)80%。從圖9-圖10 應(yīng)力分布可以看出，結(jié)構(gòu)在布置橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋可以較好減小結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特別是跨中截面，墩頂截面應(yīng)力最大減小36.5%?？缰薪孛鎽?yīng)力最大減小71%。

6 結(jié)論

本文以橫琴二橋南引橋?yàn)楣こ瘫尘埃捎么笮屯ㄓ糜邢拊浖嗀NSYS建立有限元實(shí)體模型，根據(jù)相應(yīng)的施工工況提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比分析。并通過建立的實(shí)體模型分析其空間受力特性。通過分析得出以下結(jié)論：①ANSYS有限元軟件可以較好分析結(jié)構(gòu)空間受力；②對于大懸臂結(jié)構(gòu)，橫向預(yù)應(yīng)力可以較好的約束結(jié)構(gòu)變形及減小結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈桂平.預(yù)應(yīng)力混凝土弧形底寬箱粱受力及構(gòu)造特點(diǎn)研究[J].中國市政工程，2007（S1）：56-59.

[2]肖金梅.橫隔板對大懸臂展翅箱梁橫向受力的影響分析[J].廣東公路交通，2016.

[3]陸光閭，曹中銀，徐科英，等.城市高架弧形底寬箱梁橋橫向效應(yīng)分析[J].中國市政工程，2004（4）：17-23.

[4]鄭建新.大懸臂弧線底板城市高架箱梁橋空間受力性能研究[D].中南大學(xué)，2010.