预应力混凝土连续箱梁桥开裂的三维仿真分析.pdf

4 2 桥梁结构 城 市道桥与 防洪 2 0 1 4 年 1 2 月第 1 2 期 预应力混凝土连续箱梁桥开裂的三维仿真分析 杨允表 ( 合乐中国有限公司， 上海市 2 0 0 0 5 1 ) 摘 要： 建立三维实体有限元仿真模型来分析某工程其中 1 联 4 3 0 m四跨连续箱梁桥在施工过程出现裂缝的原因。在实桥分 析前 ， 三维仿真模 型与空 间梁单元模 型进行 比较 ， 结果 比较非常 吻合 ， 验证 了三维仿真模 型的正确性 。在实桥分 析 中， 考 虑 了具体 的施工过程， 对该桥结构在施工阶段的受力状态进行全面分析 ， 对箱梁的开裂进行了相应的模拟， 得到的计算结果合理地分析了 箱梁 开裂的原 因。 关键词： 预应力混凝土箱梁； 开裂原因； 非线性有限元 ； 实体单元 ； 仿真分析 中图分类号 ： U4 4 8 2 1 + 5 文献标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4) 1 2 0 0 4 2 0 4 1 工程概 况 近几年来 ，预应力混凝土箱梁结构在城市大 型立交 与高速公路互 通立交 中的运用越来 越广 ； 但 是 ， 由于工程建设周期的压缩 ， 设计与施工 时间 的紧促，许多工程发生了预应力混凝土箱梁结构 在施工阶段或运营阶段出现开裂的现象。例如， 某 高速公路项 目的一个大型互通立交在箱梁施工过 程中出现了裂缝 ，裂缝 的发生位置基本位于连续 箱梁边跨 支座 附近区域 的箱 梁腹板与底 板上 ， 距 离支座约 0 6 m范围内 ， 裂缝 的开展方 向为竖 向 及斜向裂缝为主， 并伴随有杂乱裂缝区域。 设计规 范 规定 ， 一般按 全预应力或 A类构件设计 的预应 力混凝土箱梁不允许 出现裂缝 ； 所以 ， 对于 已经 出 现裂缝的箱梁结构 ， 技术人员应该不以回避 ， 要加 强结构分析 ，必须对 出现裂缝 的原 因进行充分 的 分析， 以评估结构在运营阶段的安全性和耐久性。 以上述互 通立交 中的 1联 4跨连续等高度箱 梁结构为例 ， 来分析 出现裂缝 的原因。该联结构跨 径布置为 43 0 m， 总长度为 1 2 0 m， 梁高 H= I 8 m。 主梁采用预应力混凝土连续箱梁 ，箱梁混凝土采 用 C 5 0 。箱梁单 幅桥面宽 l 6 5 5 m，采用单箱三室 横断 面 ， 其 中顶面宽 1 6 5 5 m， 底 板宽 1 0 6 5 m， 两 侧 翼缘板悬臂宽 2 5 m。梁体腹板 、 顶底板处均设 置纵向预应力束，预应力钢绞线采用 1 5 2钢绞 线， 其中腹板的钢束规格采用 1 7 1 5 2的钢绞线， 顶、 底板的钢束规格采用 1 5 s 1 5 2的钢绞线。 该联结构的左幅箱梁靠近桥台一端 ，左侧外 腹板在距端部 2 5 m、 4 4 m位置各有一道裂缝 ， 缝 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 0 2 作 者简介 ： 杨 允表 ( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 浙江 宁波人 ， 高级工程师 ， 从事 桥 梁结构设计 、 施工 和科 研工作 。 宽 分别 为 0 1 m m、 0 0 5 mm，右 侧外 腹板 距 端部 3 3 8 5 m处一道裂缝 ， 缝宽 0 0 7 5 m m； 靠近边墩一 端 ， 左侧外腹板距端部 3 8 m位置一道裂缝 ， 缝宽 0 0 5 mm。右 幅箱梁靠近桥 台左侧外腹板 3 0 4 m、 4 4 4 m位置各一道裂缝 ， 缝宽均为 0 0 7 5 m m； 右侧 外腹板 2 5 m、 4 2 6 m位置各一道裂缝， 缝宽分别为 0 0 7 5 m m、 0 1 m m； 靠近边墩一端暂未发现裂缝。 根据箱梁裂缝分 布的检查情况 ， 选取该联结构 的左 幅 连 续 箱 梁 ，采 用 大 型 通 用 有 限 元 软 件 A N S Y S进行三维 空间实体有限元仿真分析 ，来合 理分析箱梁在施工过程出现裂缝的原 因。 2 三维仿真模型的建立 箱梁结构实体几何模型见图 1 ， 单元划分全部 采用高精度的规则六面体单元( 箱梁标准截面的网 格划分见图 2 ) ，非线性开裂分析采用混凝 土材料 专用 的 S O L I D 6 5单元 。 图 1 箱梁结构 的实体几 何模型 图 2 箱梁结构标 准截面 的网格划分 需 要说 明的是 ， A N S Y S的 S O L I D 6 5单元具 有 八个 节点 ， 每个 节点有三个 自由度 ， 即 x , y 、 z三个 方向的线位移 ， 并可对三个方 向的含筋情况进行定 义。由于具有开裂与压碎 的性能 ， 该单元最重要 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m