單箱三室梁橋縱向正應力的橫向分析——畢業(yè)論文

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

2、gt;　　關(guān)鍵詞：MIDAS FEA；單箱三室；橫向預應力</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　梁初等理論的基礎是平截面變形假定，即縱向正應力在梁寬方向任意位置都相同。但實際中，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出現(xiàn)翼板剪應力不均勻現(xiàn)象。特別對于單箱三室這樣的寬箱梁，截面受力的空間效應更是顯著。本文結(jié)合

3、工程實例，選取最大懸臂狀態(tài)，結(jié)合影響截面空間受力各個因素建立有限元模型，并進一步對比分析，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 個模型，分別是基本模型、僅考慮縱向預應力模型、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、僅考慮縱橫向預應力模型。分析截面選取根

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

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

6、;<p>　　縱向預應力筋對頂板應力分布的影響：</p><p>　　縱向預應力筋使頂板受壓，滿足抗裂要求；</p><p>　?、诳v向預應力加大頂板的剪力滯效應，由表1 可以看出考慮縱向預應力的應力差幅值達到了13.1MPa，大于基礎模型的應力差幅值11MPa，考慮縱向預應力的最大剪力滯系數(shù)達到2.1 大于基礎模型的1.65，最小為0.57 小于基礎模型的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力橫向分布對比曲線</p><p>　　圖3 頂板正應力縱向分布圖</p><p>　　圖4 固端截面頂板正應力橫向分布比較</p><p>　　這因為頂板預應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>　　雙向橫坡對頂板應力分布的影響：</p><p>　　在固端截面頂板，正應力從箱梁中心至翼緣板有明顯的減小趨勢，頂板中心應力比基礎模型的應力值要大，內(nèi)室頂板應力比外室頂板應力要大，這個趨勢跟基本模型是相反的，說明坡度最高點存在受力集中現(xiàn)象。因此橫坡對頂板的空間應力分布還是存在影響的，加大了應力分布的不均勻程度，影響了應力的橫</p><p><b>　　向變化趨

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

10、考慮橫向預應力和考慮橫向預應力的最大雙懸臂狀態(tài)有限元模型，并對比分析了兩個模型同一截面處的應力計算結(jié)果，初步探究了縱橫向預應力耦合效應對縱向正應力空間分布的影響。輸出兩個模型各個截面的頂板縱向正應力對比結(jié)果見圖3。</p><p>　　通過圖3 的應力縱向變化對比曲線，可以看出縱向應力值并沒有因為縱橫向預應力的耦合效應而發(fā)生明顯改變。為了進一步量化橫向預應力對縱向應力的影響，繪制了懸臂固端截面的頂?shù)装蹇v向正應力橫

11、向變化對比曲線（如圖4 所示）。</p><p>　　由圖4 可知，箱梁頂板的應力橫向分布曲線整體趨勢并未因為縱橫向預應力的耦合效應發(fā)生明顯變化，但是在橫向預應力的錨固點區(qū)域縱向正應力明顯變大，這可能是因為橫向預應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力分布呈現(xiàn)明顯的空間效應，應力分布一定程度上也的確受到縱橫向預應力耦合

12、效應的影響。在實際的橋梁設計中，大部分采用的是梁單元桿系模型計算，并沒有考慮橫向預應力對縱向正應力的影響，這就要求設計工作者有豐富的經(jīng)驗在設計中要有意識的留有一定的設計富余度，以免由于空間效應造成的局部應力過大而引起結(jié)構(gòu)破壞。</p><p><b>　　3 結(jié)語</b></p><p>　　縱向正應力的橫向分布主要與橫隔梁的設置、橫坡及縱橫向預應力的布置和大小有著密

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

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