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斜交箱梁桥和正桥上部结构受力有很大的不同,存在弯—剪—扭耦合效应,而传统的杆单元建模的方法无法反映这种效应。很多设计院在进行设计时由于时间紧,经常用杆单元模型来模拟斜交梁桥,这其中存在的一定误差,如果处理不当,甚至会造成很大的工程事故。基于此,本文利用ANSYS软件建立三维实体元模型,结合实际工程对斜交箱梁的受力情况进行深入分析。
本文以小园立交1#主线桥为背景,该桥全长70m,上部结构高1.7m,半幅宽11.47m。本桥斜交角度为15°,上部结构受力情况复杂,存在弯—剪—扭耦合效应。
首先利用Midas/Civil建立杆单元和梁格法模型,对比两种建模方式求出的不同断面应力及内力的差异,分析杆单元及梁格法建模的局限性,然后利用ANSYS软件建立三维实体单元模型,以此为基准比较结构两种建模方式下上下翼板纵向正应力的模型误差,并对两种建模方式下的误差进行了分析。
为了详细分析不同斜交角度箱梁桥的受力情况,接下来分别利用杆单元和实体单元建立了斜交角度分别为0°、10°、15°、20°、30°和45°、宽跨比为0.53的两跨预应力混凝土连续箱型梁桥,以实体单元建模结果为基准分别分析其上下翼板各计算点纵向正应力的模型误差、不同断面上翼板的剪力滞后效应、不同断面的上下翼板横向正应力分布以及在公路—Ⅰ级车道荷载作用下纵向正应力的放大系数。
根据有限元分析结果以及相关理论,得到如下结论:梁格法及杆单元模型都有一定的局限性,梁格法模型和杆单元模型的精度越远离支点越好;承受正弯矩的断面模型误差随着斜交角度的增大而增大,当斜交角度大于30度时最大误差可超过20%;支点断面剪力滞后效应最明显,产生的横向应力最大,模型误差也较大,在此断面各斜交角度桥梁的纵向正应力的模型误差都在25%以上;在公路—Ⅰ级车道荷载作用下,上翼板正应力放大系数在各跨跨中取得最大值,随着斜交角度的增大此值均值由1.127减小至1.053,而下翼板正应力放大系数在各跨跨中取得最小值,随着斜交角度的增大此值均值由0.882增大至0.953。本文研究可以为斜交桥梁的设计提供一个参考依据。