单位文秘网 2021-08-31 09:04:01 点击: 次
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摘要:随着我国交通事业的高速发展,公路桥梁负荷的日益加重,再加上我国多河流山川的地理条件,桥梁设计和施工越来越受到重视。在新桥设计、桥梁施工监控和成桥试验检测中,应力、应变,挠度计算都极其重要。利用有限元分析软件ANSYS对连续变截面梁桥模型进行静力分析,主要是通过分析对比不同载荷作用下的变形图、应力图,全面评价变截面梁的应力水平,为进一步研究连续变截面梁桥的其它特性和结构优化提供参考。
Abstract: With the rapid development of China"s transport business and increasing load of highway and bridge, coupled with the geographic conditions of many mountains and rivers in China, bridge design and construction is attracting more and more attention. In new bridge design, bridge construction monitoring and finished bridge test, the calculation of stress, strain and deflection is extremely important. This paper uses finite element analysis software ANSYS for static analysis of continuous variable cross-section beam bridge model, mainly to comprehensively evaluate the stress level of tapered beam through analysis and comparison of deformation figure and stress diagram under different loading, in order to provide reference for further study of other characteristic of the continuous variable cross-section bridge and structural optimization.
关键词:桥梁;变截面连续箱梁;有限元分析
Key words: bridge;variable cross-section continuous box girder;finite element analysis
中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2016)16-0135-02
1 绪论
变截面梁的设计与载荷类型紧密相关。在实际工程中,计算挠度时常忽略轴力和剪力的影响,仅考虑弯矩引起的挠度。需要注意的是,与等截面梁相比,变截面梁的剪应力分布具有特殊性,由弯矩引起的附加剪应力的影响显著。截面上最大剪应力一般并不发生在重心轴处,而是在梁下部区域或底缘处[1-3]。根据计算结果得到结构的受力和变形情况,反映出的趋势可以为设计施工提供参考。本文将一个连续介质体的问题近似地离散为由适当选取的有限个单元、有限个结点连接起来的集合体加以分析,用主梁的一些重要截面的弯矩作为控制条件,首先简化工程问题,抽象模型,确定定解数据,然后根据待分析问题的数学力学模型和有限元软件的功能,输入待分析问题的定解数据,并进行有限元剖分,形成分析问题的有限元模型;使用选定的有限元软件进行分析。主要包括单元分析,约束处理,求解,计算结果的后处理。
2 建立桥梁模型
某桥梁全长1161.8m,上部构造主桥为(60+3×96+60)m。箱梁顶部宽度为13.7m,下端宽度为67m,腹板宽度为0.7m,顶板厚度0.4m,箱梁梁高按1.8次抛物线变化。模型用的是SOLID65单元,ANSYS的内建程序能自动产生网格,即自动产生节点及单元,并同时完成有限元模型。自动网格建立法对于复杂的系统有更好的效果,尤其对三维空间结构体系的分析最为有用[4-6]。本文利用的是ANSYS自带的实体建模功能创建实体自底向上的实体建模。如图1所示。
3 钢筋混凝土变截面梁桥的静力学分析
模型建立后,在一些特殊位置施加静载荷,观察变形,内力。主要是危险截面的应力,为施工提供合理化建议。变截面桥为5跨,荷载采用混合加载方式,即在一侧相邻两跨施加集中力,剩下三跨施加均布力,荷载大小变化一次,生成y方向变形图,z方向正应力图并分析。
①荷载组合一:在一侧相邻两跨施加集中力300kN,剩下三跨施加均布力20kN/m2,产生的变形图和应力图如图2所示。
②荷载组合二:在一侧相邻两跨施加集中力600kN,剩下三跨施加均布力50kN/m2,产生的变形图和应力图如图3所示。
③结果分析:
1)变形分析。从图2(a),图3(a)变截面梁有限元模型变形云图比较可以看出,两次加载后最大变形分别为0.016496m,0.026613m。第一次加载完后,最大变形出现在第二跨跨中和第三跨跨中,但是第二跨跨中处于最大变形的部分较大,这是由于加载在第二跨的均布力和自重作用下产生一定变形,而与第二跨相邻的边跨上的均布力和自重引起的弯矩以及第三跨上的均布力和自重的产生的弯矩传递到第二跨,使得该变形减小,但是仍然是主梁上的最大变形;同理第三跨变形除了受该跨上的载荷和自重影响还受相邻两跨传递过来的弯矩的影响,由于第四跨受得外载荷为集中力产生的弯矩较小,对第三跨影响也较小,也就是第三跨在外载荷和自重作用下产生的变形受到削弱较小,使得该跨跨中变形也为最多大变形,而这一情况在第二次加载时更明显,所以第二次加载后第三跨出现最大变形的部分较大。
2)应力分析。从图2(b),图3(b)变截面梁有限元模型应力图比较可以看出,两个应力图中显示最大拉应力分别为0.936×107Pa,0.148×108Pa,都是出现在第三个桥墩处主梁的上侧,从数据上可以看出,集中力引起的弯矩相对于均布力引起的弯矩小了很多,这使得第四个其桥墩处主梁上侧拉应力没有第三个桥墩处主梁上侧受到的拉应力大。最大压应力分别为0.187×108Pa,0.304×108Pa,都是出现在第三个桥墩处主梁下侧,原因同最大拉应力相同。
4 结论
变截面桥梁结构,当跨度和承受的荷载与等截面梁相同时,截面内力同等截面梁相同。但是当截面刚度为变量,变截面梁的变形同等截面梁是不同的。因此,相同跨度承受相同荷载的变截面超静定结构的内力同等截面结构是不同的。从本桥的计算结果可看出,由于截面尺寸的差别(支座处大,跨中小),支座与跨中截面的抗弯、抗扭刚度相差较大,因而无论是顶板还是翼缘板,其横向受力有效分布宽度存在较大的差别,这些差别并不能从我国桥规中反映出来。实际设计时应加以考虑,此外,从结果来看,对于顶板,按桥规计算的横向受力有效分布宽度比本文计算值要大。边跨端部腹板受力比较特殊,应力分布复杂;支座处剪力较大,在施工和体系转化过程中会受到一些次内力的影响;巨大的支座反力主要依靠腹板传递,本模型中的腹板厚度较为合理,所以变形不是太大,符合规范。
参考文献:
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