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      雙塔雙索面鋼斜拉橋靜載試驗控制截面有限元分析

      2019-09-10 07:22:44胡艷
      E動時尚·科學工程技術(shù) 2019年14期
      關(guān)鍵詞:有限元

      胡艷

      摘 要:結(jié)合具體工程特色,運用有限元分析軟件Midas Civil建立有限元模型,模擬橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點,通過有限元理論分析,保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性,并進行橋梁載荷試驗,全面評估橋梁結(jié)構(gòu)性能及使用功能。

      關(guān)鍵詞:有限元;Midas Civil;載荷試驗

      1 引言

      隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作也在快速推進,作為城市建設(shè)重要組成部分的橋梁建設(shè)也得到相應(yīng)發(fā)展。因此,如何保證橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量與運營安全至關(guān)重要。通過有限元分析軟件Midas Civil最大限度的了解橋梁結(jié)構(gòu)特性,為橋梁載荷試驗提供相應(yīng)的理論支持。

      2 例題分析

      2.1 工程概況

      廣西某一橋梁為雙塔雙索面鋼斜拉橋(45.00+100.00+300.00+100.00+45.00)m,主梁采用橫向分離的兩全焊扁平流線形封閉鋼箱梁,梁高3.40m,兩分離主梁中間采用橫箱連接,主梁上翼緣為正交異性板結(jié)構(gòu);索塔采用單柱式變截面獨柱索塔,塔柱采用空心薄壁圓端形截面;斜拉索采用豎琴式布置,順橋向標準間距12.00m。

      設(shè)計提供主要技術(shù)標準如下:

      (1)汽車荷載:城市-A級。

      (2)人群荷載:人行道板的局部荷載為5kPa(均布)或1.5kN(集中);人行道上的人群荷載為3.15kPa。人行道扶手的水平向外荷載為2.5kN/m,豎向荷載為1.2kN/m。

      (3)設(shè)計速度:50km/h。

      (4)主橋橋面寬度:1.00m(風嘴)+2.25m(人行道)+2.50m(非機動車道)+0.50m(波形護欄)+10.50m(行車道)+0.50m(防撞護欄)+6.50m(橫箱連接箱)+0.50m(防撞護欄)+10.50m(行車道)+0.50m(波形護欄)+2.50m(非機動車道)+2.25m(人行道)+1.00m(風嘴)=41.00m。

      (5)橋面縱坡:本橋位于半徑10000m及8000m的豎曲線上,前變坡點樁號為K0+780,其前后縱坡分別為2.30%和-2.30%,后變坡點樁號為K1+095,其前后縱坡分別為-2.30%和-1.20%。

      (6)橋梁平曲線:引橋處于緩和曲線及直線上,主橋處于直線上。

      (7)橋面橫坡:雙向2%。

      設(shè)計提供主要材料參數(shù)如下:

      (1)混凝土:主橋主塔采用C50砼;主塔承臺采用C40砼;墩柱、承臺采用C30砼;橋臺前墻、背墻、耳墻、牛腿采用C30砼;橋墩及橋臺樁基采用C30砼。

      (2)普通鋼筋:采用R235鋼筋(Ⅰ級鋼筋)和HRB335鋼筋(Ⅱ級鋼筋)。鋼筋技術(shù)性能應(yīng)分別符合國家標準《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499.2-2008)和《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》(GB1499.1-2008)的規(guī)定。

      (3)預(yù)應(yīng)力鋼筋:采用技術(shù)性能符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224-2003)標準的高強度低松弛7股捻制鋼絞線,公稱直徑15.20mm,抗拉強度標準值fpk=1860MPa,彈性模量Ep=1.95×105MPa。

      (4)斜拉索:采用位于HDPE護套管內(nèi)的外包PE塑料護套并涂有油脂的單根環(huán)氧噴涂鋼絞線組成的鋼絞線束。單根鋼絞線規(guī)格直徑為15.20mm,噴涂標準直徑為16.10mm,噴涂涂層厚度0.12~0.20mm,中心絲與邊絲各鋼絲外表面均單獨形成環(huán)氧樹脂涂膜。鋼絞線抗拉強度標準值fpk=1860MPa,彈性模量Ep=1.95×105MPa,其各項指標均需滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土用環(huán)氧涂層鋼絞線》(ISO14655:1999)的要求。

      (5)錨具:錨具采用成品錨具及其配套設(shè)備,并符合中華人民共和國國家標準《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》(GB/T 14370-2007)、中華人民共和國交通行業(yè)標準《公路橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線用錨具、連接器試驗方法及檢驗規(guī)格》(JT 329.2-97)等技術(shù)要求。

      2.2 有限元模型建立

      通過Midas Civil軟件建立有限元分析模型(如圖1),模型主要由梁單元、桁架單元兩種類型單元組成,其中斜拉索采用桁架單元,其他的均采用梁單元,以便模擬其連接部位的局部受力和變形情況。全橋共1055個節(jié)點,905個單元(桁架單元88個、梁單元817個)。

      斜拉索與鋼箱梁之間的連接采用彈性連接里的剛性連接,鋼箱梁與橋墩之間采用一般連接,橋墩邊界條件設(shè)置為固結(jié)。

      為方便計算和建模方便,對模型采用以下假設(shè):

      (1)混凝土、鋼筋為理想彈性材料,混凝土、鋼筋的彈性模量為常數(shù);

      (2)截面變形符合平截面假設(shè);

      (3)不考慮橋面鋪裝及橋梁裝飾等二期荷載對橋梁抗彎、抗扭的影響。

      2.3荷載選取

      (1)橋梁恒載重量包括主梁自重、主梁鋼錨梁重、塔端鋼錨梁重、風嘴、能量塔、橫隔板及二期荷載重量。C50混凝土容重為26.00kN/m3;Q345容重為78.50kN/m3。

      (2)橋梁活載重量為標準車輛荷載在單向4車道作用下的設(shè)計荷載(城-A級)。

      (3)斜拉索力依據(jù)設(shè)計要求添加錨索張拉力荷載,斜拉索容重γ為86.45kN/m3。

      2.5計算結(jié)果分析

      根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖(圖2),按照最不利受力原則,同時結(jié)合現(xiàn)場條件選取測試截面。本工程試驗跨為第5、6跨,測試截面分別為最大負彎矩C截面、最大正彎矩D、E截面。如圖3、圖4所示,并同時對斜拉索索力和能量塔塔頂水平位移進行測試。

      本次以測試D截面的內(nèi)力控制為例進行等效荷載試驗即橋梁靜力載荷試驗。設(shè)計荷載作用下D截面內(nèi)力影響線如圖5所示,內(nèi)力控制加載表如表1所示,根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)中靜力荷載試驗加載效率介于0.95~1.05之間原則,本次載荷試驗加載有效。加載車輛示意圖如圖6所示。

      3 結(jié)論

      因此,應(yīng)根據(jù)橋梁具體的結(jié)構(gòu)特點并結(jié)合有限元軟件Midas建立有限元單元模型,對橋梁結(jié)構(gòu)進行力學計算分析,測定橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),正確分析其受力狀況,為橋梁載荷試驗提供理論支持、為橋梁運營安全性提供技術(shù)依據(jù)。

      參考文獻

      [1] 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015);

      [2] 《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》(CJJ 11-2011);

      [3] 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362-2018);

      [4]《midas Civil在橋梁結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用》(作者:劉美蘭)人民交通出版社;

      [5]《橋梁工程軟件midas Civil應(yīng)用工程實例》(作者:邱順冬)人民交通出版社。

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