雙線整孔簡支箱梁的靜力性能分析

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1、第一章緒論1．2．2箱形梁的分析方法早期修建的箱形梁一般為中等跨徑，采用多箱或單箱多室截面。分析方法沿用荷載橫向分布的概念，考慮結(jié)構(gòu)的整體作用，即將截麗分割成若干工字形梁進(jìn)行計算，不考慮箱形截面的整體抗扭目Ⅱ度，顯然是粗糙的近似方法。后來由于大跨徑單箱薄壁箱形梁的修建，方將箱形梁作為受彎受扭的薄壁桿件進(jìn)行分析。近年來由于有限元的發(fā)展，又將箱形梁作為折板或殼體進(jìn)行分析。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者為解決箱形梁的計算問題，發(fā)表了數(shù)以百計的學(xué)術(shù)論文，提出了精確的或?qū)嵱玫挠嬎惴椒?。概括起來，這些計算方法可分為兩大類：即解析法和數(shù)值法14】。1．2．2．1解析法箱形梁的受力是～個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)空間

2、分析問題。為了把問題簡化，在解析法中往往采用一些假定和近似處理方法。如將上述作用于箱形梁的偏心荷載分解成對稱荷載與反對稱荷載。對稱荷載作用時，按梁的彎曲理論求解；反對稱荷載作用時，按薄壁桿件扭轉(zhuǎn)理論分析；然后將兩者計算結(jié)果疊加而得。扭轉(zhuǎn)分析又根據(jù)截面的剛度區(qū)分為截面不變形(剛性扭轉(zhuǎn))和截面變形(畸變)兩種情況。通過這些荷載分解，使許多學(xué)者可就單項問題進(jìn)行深入地探討。采用若干假定，是解析法的另一特點，如對位移模式的假定等。解題的一般步驟是：先假定位移模式；有了位移后，可求得截面上各點的應(yīng)變和應(yīng)力；在此基礎(chǔ)上，或用力的平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件，或根據(jù)變分原理建立控制微分方程；解微分

3、方程便得位移和應(yīng)力141。對于復(fù)雜的受力因素，如恒載、活載、溫度、混凝土收縮徐變等，用解析法則相當(dāng)困難。1、2．2．2數(shù)值法由于電子計算機在工程上的應(yīng)用日益廣泛，為箱形梁的結(jié)構(gòu)分析提供了有力的工具。目前使用的有有限元法、有限條法、有限段法等。借助計算機的有限元分析，可以得到箱形截面上全部應(yīng)力，諸如縱向彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)翹曲應(yīng)力、畸變橫向應(yīng)力以及剪力滯影響和局部荷載應(yīng)力等。根據(jù)輸出結(jié)果，可以精確地把握結(jié)構(gòu)各部分的變形和應(yīng)力狀態(tài)，但是，由于計算時剛度矩陣大，輸入數(shù)據(jù)多，需要機器有較大的內(nèi)存量，所以除了大型計算機外，一般較難滿足要求。2一第一章緒論為此，許多學(xué)者不斷探求需要內(nèi)存量較少而

4、便于在微機上實現(xiàn)的分析方法，如有限條法、有限段法等。有限條法(Y．K．Chetmg)是根據(jù)折板理論，把箱形梁三維空間問題簡化成二維問題，具有內(nèi)存量少、節(jié)省機時等優(yōu)點，可用于等截面箱形梁的結(jié)構(gòu)分析。而根據(jù)廣義坐標(biāo)原理得到的有限段法，將箱形梁的空間分析簡化成一維問題，使結(jié)構(gòu)分析得到進(jìn)一步簡化，可應(yīng)用于變截面箱形梁，以及空間曲箱梁的應(yīng)力分析。Martti．J．M．將有限段法推廣到能用來計算除剪力滯效應(yīng)外幾乎所有的力學(xué)特征，從而使有限段法得到了進(jìn)一步完善【4】。1．3選題意義雙線整孔寬箱梁在我國首次應(yīng)用于秦沈客運專線，從設(shè)計、施工到架設(shè)等方面尚存在一些問題，例如張拉后梁體的開裂，運營

5、后的上拱度等問題，與T梁相比存在頂?shù)装宓募袅?yīng)、框架效應(yīng)、偏載及支點不平引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等受力特性，尚需進(jìn)～步研究。由于梁體寬大，預(yù)應(yīng)力筋采用空間線形，其張拉過程中應(yīng)力損失計算、端塊局部應(yīng)力、跨中應(yīng)力分布等都比T梁復(fù)雜；而在單線荷載作用下，梁體將產(chǎn)生縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)、畸變及橫向撓曲四種變形【4】，使活載作用下的應(yīng)力計算更加復(fù)雜；加之混凝土的收縮徐變特性【5I，梁體的長期變形將直接影響高速行車的平順度；寬箱梁的框架效應(yīng)【61使梁體產(chǎn)生橫向應(yīng)力。上述問題必須通過準(zhǔn)確計算予以明確解決，以保證運行安全可靠。在過去對箱梁的研究中常常簡化成平面結(jié)構(gòu)，或?qū)⒖v向與橫向框架效應(yīng)分別考慮，按結(jié)構(gòu)

6、力學(xué)方法分析計算內(nèi)力，這必然會帶來一定的誤差，其缺陷是不能反映箱梁結(jié)構(gòu)的空間工作性能pl。因此僅采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行受力分析是不夠全面和可靠的，需要對其進(jìn)行三維有限元分析計算，較全面的評價其整體受力性能，并對按平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(jié)果進(jìn)行合理地修正。因此有必要對雙線整孔箱梁的靜力性能進(jìn)行綜合系統(tǒng)地研究，并與規(guī)范方法比較，為以后雙線整孔箱梁的設(shè)計和施工提供一定參考。1．4主要內(nèi)容論文以秦沈客運專線雙線整孑L簡支箱梁遼河特大橋為例，以現(xiàn)有的有關(guān)預(yù)應(yīng)力混凝±箱梁靜力分析的理論方法為基礎(chǔ)，利用ANSYS有限元分析軟件建一3一第一章緒論立三維實體模型，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出箱梁的應(yīng)

7、力、位移分布，分析梁體的力學(xué)特性。主要包括四個方面的內(nèi)容：(1)張拉過程中梁體應(yīng)力分布分析；(2)端塊橫向拉應(yīng)力分析；(3)恒載、活載作用下剪力滯效應(yīng)分析；(4)混凝土收縮、徐變對變形的影響分析。一4第二章預(yù)應(yīng)力混凝士結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值分析第二章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值分析2．1引言對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，傳統(tǒng)方法一般采取等效荷載法[21，即將預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為等效荷載力直接施加到混凝土上，然后根據(jù)初等梁理論【8】進(jìn)行分析。在等效過程中，采用一定的假設(shè)進(jìn)行簡化，無法考慮結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)，對于受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)