大跨度连续箱梁刚构桥０＃块施工阶段局部应力分析 徐钢 （福建省交通规划设计院，福建福州 ３５０００４） 摘要：以福建省某高速公路上的大跨度连续刚构桥为工程背景，采用Ａｎｓｙｓ ５．７大型有限元程序和空间实体单元，仿真模拟其施 工过程，分析箱梁０ 块施工阶段的局部应力，并与实测值进行对比。 关键词：空间实体单元；仿真模拟；空间杆系；悬浇施工阶段 中图分类号：Ｕ４４８．２１５：Ｕ４４８．２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５７８１（２０１１）０１—００４７—０３ １ 工程概况 半径为７６２．１１５ ｍ的平曲线上，桥面宽度１３．７５ ｍ，采 用单箱单室直腹板大悬臂断面。箱梁顶宽１３．７５ ｍ，底 福建省某高速公路上的一座特大桥，其上部结构 宽６．７５ ｍ，两侧翼缘长３．５ ｍ，全桥顶板厚为２６ ＣＩＴＩ，底 为６５ ｍ＋１１５ ｍ＋１５５ ｍ＋３×１１５ ｍ＋６５ ｍ七孔一联 板厚度由８０ ｃｍ过渡到２６ ｃｒｎ，跨中梁高３ ｍ，支点最 变截面预应力混凝土箱梁刚构一连续组合体系，全桥长 大梁高８．５ ｍ；箱梁采用双向预应力体系，最大墩高 ７４９ ｍ，桥型布置如图１所示（单位均为ｃｍ），本桥位于 ８０．４１５ ｍ，采用挂篮悬臂浇筑施工。 图１桥型布置图 ２悬臂浇筑中Ｏ＃局部应力仿真分析 Ｔ构的结构分析体系，并构造了所有承载构件的组合 形式数学模型。 目前，国内对弯连续箱梁桥有较多的研究＿】 ］，而 模型的建立和分析则以结构的实际空间位置、尺 有关箱梁０ 块的局部应力分析多为针对运营状况， 寸、材料特性、连接形式、荷载作用、预应力布置位置 但对于变截面预应力连续弯箱梁桥悬臂施工过程而 等为依据，运用变形一还原内力原理确立结构仿 言，悬浇施工中的应力控制对确保结构安全至关重 真分析的初始形态，在此基础上进行大规模的足尺计 要。以实桥为工程背景，仿真模拟其施工阶段过程， 算；通过模型结构效应分析计算，得到相对详尽、精确 并以之与试验数据及空间杆系计算结果相对照以求 和可靠的分析结果。 准确了解其特点。由于计算机，暂模拟到第８ ２．２分析原则 块预应力张拉施工阶段。 承载构件包括混凝土构件、预应力钢束及预应力 ２．１仿真分析原理 粗钢筋等。因此，在结构仿真分析中，考虑上述因素， 仿真分析主要是针对３ Ｔ构进行详细数学模型 模型主要采用了三维实体和索单元相结合的形式。 的分析计算＿＿７］。它克服了杆系有限元模型分析中各 仿真计算模型的建立主要考虑以下原则：①如实再 种假设条件（如平截面假定、连接形式的假定、模型边 现结构原形。②采用多种分析手段保证问题求解精 界条件的假定等）所带来的不足，建立了施工过程中 度。③建模过程中尽量减少病态单元的出现。 收稿日期：２ＯｌＯ一１１－０９；修改日期：２０１０—１１－２３ 作者简介：徐钢（１９７２一），男，浙江诸暨人，硕士，福建省交通规划设计院高级工程师 《工程与建设》２０１１年第２５卷第１期 ４７ ④在保证求解精度及速度的前提下，取用合理的数 图，从中可以看出，当张拉８ 块预应力筋时，顶板产 学模型。⑤考虑预应力损失。⑥本分析只考虑混 生压应力，压应力由悬臂端部向墩顶逐渐增大，在１ 凝士弹性变形，未考虑混凝土收缩、徐变变形。 块附近产生了最大为１１ ＭＰａ的压应力。 ２．３模型建立与精度保证 ０６】０ ４¨ 针对上述建立仿真计算模型的原则，为了便于计 算及校核，在仿真计算模型中取用了与杆系有限元模 型相同的截面位置。采用模型的单元网格自适应划 分与人工控制单元划分相结合的手段，保证单元划分 密度适中及求解精度。 图６主压应力图 在仿真分析中，采用了如图２－－图４所示的实体 ８ 块混凝土浇注、８ 块预应力张拉时９８、９９截 模型。单元划分采用了Ｓｏｌｉｄ ４５（８节点）、Ｓｏｌｉｄ ９２ 面（０ 块左右截面）正应力对比，如图７～图１Ｏ所示。 （１０节点）、Ｓｏｌｉｄ９５（２０节点）３种实体单元。对结构 日０ 中的预应力钢束的模拟采用Ｌｉｎｋ１０单元，预应力钢 星 筋效应则用集中力代替。 本文主要分析了８ 块混凝土浇注、８ 块预应力 器． 与内弧距离，ｍ 与内弧距离，ｍ 张拉两个施工阶段。 （ａ）上边缘截面正应力 （ｂ）下边缘截面正应力 图７ ８ 块浇注时９８截面上、下边缘截面正应力 ｌ ｒ ７ 日星 皇 『一Ａｎｓｙｓ Ｉ８ 墓一 墓一罐。： ５＿＿— — —— ． 图２ ３ Ｔ构７＃块结构及预应力筋图 图 ９８截面上、下边缘截面正应力 一Ｍ 们 图３ ０ 块、隔板单元图 图４● 一３ 善 ５ 一 一嘲圈黼圈口口图一 ９ Ｅ Ｅ ￡Ｅ Ｅ Ｅ 暴．１１ 盯 钟胛ｌ二部分墩身单兀图 ３截面应力分析结果 ＿４ 室一６ ．图５所示为８ 块张拉时３ 墩的主拉应力图，从 ｓ １０ 中可以看出，除去预应力钢束锚固处有较大主拉应力 辎－１２ 产生外，底板下边缘普遍产生了正的主拉应力，尤其 （ａ）上边缘截面正应力 （ｂ）下边缘截面正应力 是在悬臂根部，主拉应力最大达到了１．４５ ＭＰａ。 图１Ｏ ８ 块张拉预应力时９９截面上、下边缘截面正应力 从图７～图１０可以看出，翼板上边缘压应力 Ａｎｓｙｓ值普遍小于腹板之间顶板上边缘压应力，呈 现出两边小中问大的分布特点，底板的应力分布特 点刚好与顶板相反，而空间杆系则无法体现出这种 图５主拉应力图 特征；在８ 块预应力张拉阶段，９９截面下边缘产生 图６为８ 块张拉时３ 墩悬臂顶板的主压应力 最大近１．０ ＭＰａ的拉应力，而空间杆系中无拉应力 ４８ 《工程与建设》２０１１年第２５卷第ｌ期 出现。 出现上述这种情况的原因，主要是因为空间杆 ５结束语 以上分析说明，同杆系程序相比，Ａｎｓｙｓ实体分析 可以得到与实际情况非常接近的结果，并且可以得到 系程序梁单元采用平截面等假定，以及梁单元是使 用两端截面的均值的等截面单元，忽略了翘曲、畸 变等效应 ］，不能反应截面变化较大时结构的实 际应力情况所致。 杆系程序无法提供而又为设计所需要的各种应力，尤 其是局部应力，从应力图可以看出，在施工阶段，特别 是对于底板出现了近１ ａ的拉应力的作用，这对结 构的构造配筋具有非常有用的指导意义ｌ１ 。同时说 ４试验对比分析 图１１所示为顶、底板理论值与实测应变的差值 明，利用这种方法对复杂结构进行分析是可行的。 对比图。一方面，由于计算机计算能力的以及时 间关系，模型暂时只能计算至第８ 块，无法将全Ｔ ［参考文献］ 构各阶段进行计算并对比；另一方面由于部分应变计 ［１］ 邵容光，夏 淦．混凝土弯梁桥［Ｍ］．北京：人民交通出版 被毁坏，所得测点数据并不全面。但从图１１中仍然 社，１９９４． 可以得出，仅就所计算部分而言，理论分析值与实测 Ｅ２３姚玲森．曲线梁ＥＭ］．北京：人民交通出版社，１９８９． 值相差并不多，其结果仍然可以接受。 ［３］郭金琼．箱形梁设计理论［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９１． －１４３范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． ０ ２ ［５］克里斯特克Ｖ．箱梁理论［Ｍ］．何福照，吴德 １２，译．北京：人民交 。０ ３ 通出版社，１９８８． 一。。４ ［６］吴西伦．弯梁桥设计［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９０． 釜－０ ５ Ｏｒ］袁国干．配筋混凝土结构设计原理［Ｍ］．上海：同济大学出版 翅一０ ７ 社，１９９０． ０．８ Ｅ８］张士铎，邓小华，王文州．箱形薄壁梁剪力滞效应［Ｍ］．北京：人 民交通出版社，１９９８． 一 实测值 ［９］胡志伟．预应力混凝土连续箱梁桥结构优化设计［Ｉ１］．工程与建 ８｝ｌ ＡＡ －Ａ． ：： 设，２００９，２３（２）：２０２ ２０４． ［１Ｏ］范立础．预应力混凝土连续梁桥［Ｍ］．北京：人民交通出版 。 。社，１９９８． 与 距鲁／ｍ ｆｂ）底板 Ｂ１］杜国华，毛昌时，司徒妙龄．桥梁结构分析［Ｍ］．上海：同济大学 图ｌ１顶板、底板８ 块浇注与张拉预应力的应变差值 出版社，１９９４． （上接第４Ｏ页） ［参考文献］ 离水岸线只有３ ｍ左右，同时部分商业空问之间占 Ｅ１］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ＿ｓａｎａｎｔｏｎｉｏｔｏｕｒｉｓｍ．ｃｏｍ／ｔｏｕｒｉｓｍ．ａｓｐｘ圣安东尼 准，用滨水空间造成局部地段公共空间过于拥挤。 奥旅游网 河滨步道的成功是在建立近８Ｏ年来不断投入的 ［２］Ｖｅｒｎｏｎ Ｇ．Ｚｕｎｋｅｒ［Ｍ］．Ａ Ｄｒｅａｍ Ｃｏｍｅ Ｔｒｕｅ：Ｒｏｂｅｒｔ Ｈｕｇｍａｎ ａｎｄ Ｓａｎ ＡｎｔｏｎｉＧｓ Ｒｉｖｅｒ Ｗａｌｋ． 结果，开发的宗旨不断发生变化。中、美两国在政治 ［３］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｈｅｓａｎａｎｔｏｎｉｏｒｉｖｅｒｗａｌｋ．ｃｏｍ／ＲｉｖｅｒｗａｌｋＨｉｓｔｏｒｙ／ 与文化背景方面也存在很大的差异，因此不能机械地 ｉｎｄｅｘ．ａｓｐ 照搬河滨步道的做法。 ［４］孙施文，王醋．城市滨水区发展与城市竞争力关系研究ｌＪ］．规 滨水区更新开发具有高度复杂性，不仅涉及物质 划师，２００４（８）：５—９． 层面，更有着经济、社会和政治层面上的深刻内涵ｌ９］。 ［５］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｎａｎｔｏｎｉｏｒｉｖｅｒ．ｏｒｇ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ 从中得到许多有益的启示：①思想，转变观念， ［６］杨保军，董珂滨水区城市设计探讨＿Ｊ］．建筑学报，２００７（７）：７—１ｎ ［７］王建国，吕志鹏．世界城市滨水区开发建设的历史进程及其经验 重新认识滨水区的开发。②强调自然，生态，可持续 ＿Ｊ］．城市规划，２００１（７）：４１－－４６． 的设计。③强化滨水区的共享性，实现滨水区的公 ［８］张峰．国内外城市滨水区发展趋势分析［Ｊ ．港口经济，２００８ 共性和可达性。④成立公共机构，执行公共参入机 （８）：４７—４９． 制，加强滨水区的管理。 ［９］刘雪梅，保继刚．国外城市滨水区再开发实践与研究的启示［Ｊ］． 现代城市研究，２００５（９）：１３—２４． 《工程与建设》２０１１年第２５卷第１期 ４９
