單箱三室梁橋縱向正應(yīng)力的橫向分析——畢業(yè)論文

1、<p>　　單箱三室梁橋縱向正應(yīng)力的橫向分析</p><p>　　摘要：文章運(yùn)用了MIDAS FEA非線性有限元分析軟件，建模中先忽略縱橫向預(yù)應(yīng)力、橫坡等因素建立基本模型，得到一組應(yīng)力數(shù)值，在基本模型上分別增加縱向預(yù)應(yīng)力、橫向預(yù)應(yīng)力和橫坡等因素，再查看數(shù)據(jù)的變化，從而得到各個(gè)因素對(duì)于空間應(yīng)力的影響效應(yīng)，另外建立同時(shí)考慮縱橫向預(yù)應(yīng)力的模型，以分析縱橫向預(yù)應(yīng)力的耦合作用。</p><p&

2、gt;　　關(guān)鍵詞：MIDAS FEA；單箱三室；橫向預(yù)應(yīng)力</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　梁初等理論的基礎(chǔ)是平截面變形假定，即縱向正應(yīng)力在梁寬方向任意位置都相同。但實(shí)際中，在T 型、工字型和閉合薄壁截面中由于彎曲產(chǎn)生的橫向力從腹板傳到翼板后會(huì)出現(xiàn)翼板剪應(yīng)力不均勻現(xiàn)象。特別對(duì)于單箱三室這樣的寬箱梁，截面受力的空間效應(yīng)更是顯著。本文結(jié)合

3、工程實(shí)例，選取最大懸臂狀態(tài)，結(jié)合影響截面空間受力各個(gè)因素建立有限元模型，并進(jìn)一步對(duì)比分析，得到一些初步結(jié)論和規(guī)律。</p><p><b>　　2 有限元分析</b></p><p>　　根據(jù)影響因素，本文建立5 個(gè)模型，分別是基本模型、僅考慮縱向預(yù)應(yīng)力模型、僅考慮橫坡模型(1.5%的雙向橫坡，底板保持水平)、僅考慮橫隔板模型、僅考慮縱橫向預(yù)應(yīng)力模型。分析截面選取根

4、部截面，基本模型的離散圖見(jiàn)圖1。</p><p>　　2.1 頂板縱向正應(yīng)力橫向分布的單因素分析</p><p>　　從MIDAS FEA 里分別導(dǎo)出頂板縱向正應(yīng)力在各個(gè)因素影響下的橫向分布，同時(shí)計(jì)算出剪力滯系數(shù)的最值見(jiàn)表1。</p><p>　　通過(guò)分析圖2 頂板縱向正應(yīng)力橫向分布曲線和各工況應(yīng)力輸出值，得到以下初步結(jié)果。橫隔梁對(duì)頂板應(yīng)力分布的影響：</p&

5、gt;<p>　?、匐x設(shè)置橫隔梁截面較遠(yuǎn)處2 個(gè)計(jì)算模型的縱向正應(yīng)力橫向變化趨勢(shì)及范圍大體相同的，即橫隔梁對(duì)其影響較小；</p><p>　?、谠跈M隔梁的斷面兩種計(jì)算模型的截面應(yīng)力出現(xiàn)較大差異，特別是懸臂板的應(yīng)力變化很大，且橫隔梁的設(shè)置導(dǎo)致應(yīng)力橫向變化幅值加大，應(yīng)力分布更加不均勻，應(yīng)力差幅值達(dá)到了29MPa，其原因應(yīng)該是剛度突變，橫隔板處的剛度遠(yuǎn)大于懸臂板的剛度，即截面的發(fā)生突變。</p>

6、;<p>　　縱向預(yù)應(yīng)力筋對(duì)頂板應(yīng)力分布的影響：</p><p>　　縱向預(yù)應(yīng)力筋使頂板受壓，滿足抗裂要求；</p><p>　?、诳v向預(yù)應(yīng)力加大頂板的剪力滯效應(yīng)，由表1 可以看出考慮縱向預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力差幅值達(dá)到了13.1MPa，大于基礎(chǔ)模型的應(yīng)力差幅值11MPa，考慮縱向預(yù)應(yīng)力的最大剪力滯系數(shù)達(dá)到2.1 大于基礎(chǔ)模型的1.65，最小為0.57 小于基礎(chǔ)模型的0.61，<

7、/p><p>　　圖1 雙懸臂基本模型離散圖</p><p>　　圖2 固端截面頂板縱向正應(yīng)力橫向分布對(duì)比曲線</p><p>　　圖3 頂板正應(yīng)力縱向分布圖</p><p>　　圖4 固端截面頂板正應(yīng)力橫向分布比較</p><p>　　這因?yàn)轫敯孱A(yù)應(yīng)力主要分布在腹板和腹板與翼緣板交接處及其附近。</p>&

8、lt;p>　　雙向橫坡對(duì)頂板應(yīng)力分布的影響：</p><p>　　在固端截面頂板，正應(yīng)力從箱梁中心至翼緣板有明顯的減小趨勢(shì)，頂板中心應(yīng)力比基礎(chǔ)模型的應(yīng)力值要大，內(nèi)室頂板應(yīng)力比外室頂板應(yīng)力要大，這個(gè)趨勢(shì)跟基本模型是相反的，說(shuō)明坡度最高點(diǎn)存在受力集中現(xiàn)象。因此橫坡對(duì)頂板的空間應(yīng)力分布還是存在影響的，加大了應(yīng)力分布的不均勻程度，影響了應(yīng)力的橫</p><p><b>　　向變化趨

9、勢(shì)。</b></p><p>　　2.2 橫向預(yù)應(yīng)力的設(shè)置對(duì)縱向正應(yīng)力空間分布影響 </p><p>　　通過(guò)傳統(tǒng)的平面力學(xué)分析，得出的結(jié)論是縱向正應(yīng)力僅與縱向預(yù)應(yīng)力有關(guān)，橫向預(yù)應(yīng)力的設(shè)置對(duì)其沒(méi)有影響，在分析剪力滯系數(shù)縱向分布，建立有限元模型時(shí)也忽略了橫向預(yù)應(yīng)力的影響。但是由于單箱三室的主梁空間受力橫向變化比較復(fù)雜，縱橫向預(yù)應(yīng)力耦合帶來(lái)的應(yīng)力變化比較明顯，因此本節(jié)通過(guò)分別建立未

10、考慮橫向預(yù)應(yīng)力和考慮橫向預(yù)應(yīng)力的最大雙懸臂狀態(tài)有限元模型，并對(duì)比分析了兩個(gè)模型同一截面處的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，初步探究了縱橫向預(yù)應(yīng)力耦合效應(yīng)對(duì)縱向正應(yīng)力空間分布的影響。輸出兩個(gè)模型各個(gè)截面的頂板縱向正應(yīng)力對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖3。</p><p>　　通過(guò)圖3 的應(yīng)力縱向變化對(duì)比曲線，可以看出縱向應(yīng)力值并沒(méi)有因?yàn)榭v橫向預(yù)應(yīng)力的耦合效應(yīng)而發(fā)生明顯改變。為了進(jìn)一步量化橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)縱向應(yīng)力的影響，繪制了懸臂固端截面的頂?shù)装蹇v向正應(yīng)力橫

11、向變化對(duì)比曲線（如圖4 所示）。</p><p>　　由圖4 可知，箱梁頂板的應(yīng)力橫向分布曲線整體趨勢(shì)并未因?yàn)榭v橫向預(yù)應(yīng)力的耦合效應(yīng)發(fā)生明顯變化，但是在橫向預(yù)應(yīng)力的錨固點(diǎn)區(qū)域縱向正應(yīng)力明顯變大，這可能是因?yàn)闄M向預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固端集中荷載的作用而產(chǎn)生了局部變形。</p><p>　　因此，單箱三室寬箱梁連續(xù)梁橋的頂板縱向正應(yīng)力分布呈現(xiàn)明顯的空間效應(yīng)，應(yīng)力分布一定程度上也的確受到縱橫向預(yù)應(yīng)力耦合

12、效應(yīng)的影響。在實(shí)際的橋梁設(shè)計(jì)中，大部分采用的是梁?jiǎn)卧獥U系模型計(jì)算，并沒(méi)有考慮橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)縱向正應(yīng)力的影響，這就要求設(shè)計(jì)工作者有豐富的經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)中要有意識(shí)的留有一定的設(shè)計(jì)富余度，以免由于空間效應(yīng)造成的局部應(yīng)力過(guò)大而引起結(jié)構(gòu)破壞。</p><p><b>　　3 結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　縱向正應(yīng)力的橫向分布主要與橫隔梁的設(shè)置、橫坡及縱橫向預(yù)應(yīng)力的布置和大小有著密

13、切的關(guān)系。橫隔梁的存在導(dǎo)致的截面剛度突變，進(jìn)而很大程度上影響了該截面和截面附近的應(yīng)力分布，導(dǎo)致應(yīng)力的大小和分布不均勻程度都有很大增長(zhǎng)；橫坡的設(shè)置主要引起梁中心線出現(xiàn)較明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力大小由內(nèi)而外表現(xiàn)遞減的趨勢(shì)；縱向預(yù)應(yīng)力主要作用在腹板附近，導(dǎo)致腹板附近應(yīng)力集中，增大了剪力滯效應(yīng)；</p><p>　　縱橫向預(yù)應(yīng)力筋的耦合效應(yīng)對(duì)空間應(yīng)力的分布存在一定影響，特別是錨固端的應(yīng)力集中，這就要求在設(shè)計(jì)中要留有一定的

14、設(shè)計(jì)富余度，以免由于空間效應(yīng)造成的局部應(yīng)力過(guò)大而引起結(jié)構(gòu)破壞。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張士鐸，鄧小華，王文洲.箱形薄壁梁剪力滯效應(yīng)[M].北京：人民交通出版社，1997.</p><p>　　[2] 郭金瓊,等.箱形梁設(shè)計(jì)理論[M].北京：人民交通出版社,1999.</p>&l