基于ANSYS體外預應力T梁關(guān)鍵部位受擾區(qū)分析

馬 鵑

體外預應力橋梁關(guān)鍵部位的局部應力較復雜,考慮到轉(zhuǎn)向塊、錨固塊為應力、應變多變區(qū)域,即受擾區(qū),確定體外預應力T梁橋的受擾區(qū)長度較難。本文對其關(guān)鍵部位進行分析,確定其受擾區(qū)長度。

1 轉(zhuǎn)向塊模型建立

轉(zhuǎn)向塊的構(gòu)造形式一般有3種,即橫隔板式、肋式和塊式。本文依托工程白馬壟橋為橫隔板式轉(zhuǎn)向塊(見圖1)。

先進行整體分析,將整體模型的邊界力加載在局部模型的邊界上,從而得到模型部分區(qū)域更加精確的數(shù)值解。取5 m節(jié)段進行分析,對該轉(zhuǎn)向塊采用子模型方法建模。該工程預留體外預應力鋼管孔道內(nèi)徑為110 mm,面積為πR2=9503 mm2,錨下控制應力σ=1116 MPa。將該應力作為外力加在局部模型上。

混凝土是一種彈塑性材料,采用非線性應力—應變本構(gòu)模型,并結(jié)合五參數(shù)強度準則,混凝土選用Solid65單元模擬,混凝土非線性應力—應變關(guān)系采用Hognested公式:

其中,ε0為峰值應變;σ0為應力峰值。

白馬壟橋混凝土材料的基本參數(shù)為:立方體強度為45MPa;軸心抗壓強度設計值fcd=20.5 MPa;軸心抗拉強度設計值 ftd=1.74 MPa;彈性模量 Ex=3.5×104MPa;泊松比 v=0.1667。

2 轉(zhuǎn)向塊應力分析

白馬壟橋跨徑為24 m+41 m+35 m的右幅橋,分析其中41 m橋跨轉(zhuǎn)向塊的受擾區(qū)長度。轉(zhuǎn)向塊中截面(轉(zhuǎn)向塊縱向?qū)ΨQ面)對稱向兩側(cè)每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。T梁轉(zhuǎn)向塊子模型圖見圖2。

由轉(zhuǎn)向塊中截面開始,對稱兩側(cè)0 m～0.6 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線變化較大。由轉(zhuǎn)向塊中截面開始,對稱取0.7 m～2.5 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線變化較大。距轉(zhuǎn)向塊中截面2.5 m～3.5 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線變化情況大致相同,該區(qū)域應變變化較有規(guī)律。

故可得到41 m跨徑轉(zhuǎn)向塊由中截面開始分別對稱于兩端2.5 m范圍為結(jié)構(gòu)的受擾區(qū),故受擾區(qū)節(jié)段長度為5 m(包含0.6 m的轉(zhuǎn)向塊長度)。

針對梁高為2.3 m,跨徑為41 m的體外預應力T梁橋,轉(zhuǎn)向塊受擾區(qū)長度約為梁高的1倍～2倍范圍。

考慮到跨徑對轉(zhuǎn)向塊受擾區(qū)長度有一定的影響,故對跨徑30 m,40 m的體外預應力橋進行分析。

針對跨徑為30 m的體外預應力T梁橋,分析轉(zhuǎn)向塊中截面向邊跨對應每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。由圖3可知:由轉(zhuǎn)向塊中截面開始,0 m～1.6 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變隨梁高的曲線變化較大,2.5 m～5 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線大致相同,趨向于一直線變化。

故可得到30 m跨徑轉(zhuǎn)向塊由中截面開始分別對稱于兩端1.6 m范圍為結(jié)構(gòu)的受擾區(qū),故受擾區(qū)節(jié)段長度為3.2 m。

3 轉(zhuǎn)向塊受擾區(qū)長度確定

由上述分析可知:截面形式及外荷載作用一定時,轉(zhuǎn)向塊受擾區(qū)長度會受到跨徑長度的影響。對于體外預應力T形截面梁,橋梁跨徑在30 m～40 m范圍內(nèi),梁高為2.3 m時,轉(zhuǎn)向塊受擾區(qū)長度可選3.2 m～5 m的長度。故上述分析可知:體外預應力T梁橋轉(zhuǎn)向塊的受擾區(qū)長度一般為1倍～2倍梁高。

4 錨固塊模型的建立

對錨固塊進行局部分析同理采用子模型方法,如圖4所示。

5 錨固塊應力分析

錨固塊子模型的節(jié)段長度分析同樣采用對比相鄰截面的應變變化趨勢進行分析。

分析35 m T梁橋錨固塊處,由圖5可知:距錨固塊梁端截面0 m～2.3 m處相鄰截面應變隨梁高的變化曲線相差較大,該區(qū)域為受擾區(qū)。距轉(zhuǎn)向塊中截面2.3 m～2.6 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線變化情況大致相同,該區(qū)域應力應變變化較有規(guī)律。

故可得到41 m跨徑錨固塊由梁端截面開始2.3 m范圍為結(jié)構(gòu)的受擾區(qū),而對應分析結(jié)構(gòu)的梁高為2.3 m,故該橋錨固塊的受擾區(qū)長度為一倍梁高。

同樣考慮到跨徑對錨固受擾區(qū)長度有一定的影響,故對跨徑30 m,40 m的體外預應力橋進行分析。

針對跨徑為30 m的體外預應力T梁橋,錨固塊處對應每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。由錨固塊梁端截面開始,0 m～2.3 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線變化較大,3 m～5 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線大致相同,為一直線變化。

故可得到30 m跨徑錨固塊由梁端截面開始2.3 m范圍為結(jié)構(gòu)的受擾區(qū),故受擾區(qū)節(jié)段長度為2.3 m。

針對跨徑為40 m的體外預應力T梁橋,對應每隔0.1 m取一截面,對比分析其截面應變隨梁高的變化情況。由錨固塊梁端截面開始,0 m～3 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線變化較大,3 m～5 m的范圍內(nèi),相鄰截面應變曲線大致相同,為一直線變化。

故可得到40 m跨徑錨固塊由梁端截面開始3 m范圍為結(jié)構(gòu)的受擾區(qū),故受擾區(qū)節(jié)段長度為3 m。

6 錨固塊受擾區(qū)長度確定

由上述分析可知:橋梁跨徑長度對體外預應力橋梁錨固區(qū)的受擾區(qū)長度有影響,但影響不大,對于工程體外預應力T梁橋錨固塊的受擾區(qū)長度一般為一倍梁高。

7 結(jié)語

體外預應力T梁橋轉(zhuǎn)向塊的受擾區(qū)長度一般為1倍～2倍梁高。根據(jù)相鄰截面的應變變化規(guī)律分析體外預應力T梁橋錨固塊受擾區(qū)長度一般為一倍的梁高范圍。

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