高 猛，王麗娟，李 寧

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，山東 濟南 250031；2.吉林省鵬晟工程咨詢有限公司，吉林 松原 138000）

引言

連續(xù)箱梁0#塊的受力較為復(fù)雜，如何對其進行較精確的結(jié)構(gòu)分析是一個復(fù)雜的問題。一些設(shè)計者提出了采用兩次平面桿系有限元的方法來進行連續(xù)箱梁橫隔梁的設(shè)計計算，先通過平面桿系有限元程序進行全橋縱向分析，計算出最不利的橫隔梁的彎剪等內(nèi)力值，根據(jù)彎矩、剪力與分布荷載集度間的關(guān)系原理，求算出等效荷載，將等效荷載再次應(yīng)用到平面桿系橋梁程序中。隨著連續(xù)箱梁在橋梁工程中更加普及，人們要求結(jié)構(gòu)分析能夠真實反映實際情況，通過建立有限元實體模型，計算分析連續(xù)箱梁0#塊在各工況下的應(yīng)力分布情況。

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋跨徑布置為55 m +100 m +55 m，主梁采用單箱單室截面，為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸澆法施工，按照移動掛籃、澆注梁段、張拉預(yù)應(yīng)力鋼束的順序循環(huán)施工，完成對稱懸澆后，澆注邊跨現(xiàn)澆段。全橋平面桿系模型見圖1。

2 實體有限元模型的建立

圖1 全橋縱向桿系模型

通過大型有限元通用軟件Ansys對該橋0#塊及附近1#塊建立實體模型，對0#塊進行有限元分析。在1#塊懸臂邊緣建立主節(jié)點，形成剛域來模擬其它梁段的約束作用。利用1#塊作為邊界約束，并在0#塊底部施加支座約束。采用solid95單元模擬混凝土，link8單元模擬預(yù)應(yīng)力束，全模型共有93 074個單元，152 338個節(jié)點，見圖2。

圖2 箱梁0#、1#號塊實體有限元模型

計算在恒載、活載、橫向預(yù)應(yīng)力等3種工況下，0#塊的應(yīng)力分布情況。采用等效降溫法來模擬橫向預(yù)應(yīng)力，該方法是通過設(shè)置各向異性的溫度應(yīng)變系數(shù)，經(jīng)過應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系推算，在給定的溫差下就可獲得與預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變等效的效果。

3 結(jié)果分析

3.1 恒載工況下計算分析

在箱梁縱向上由于腹板剛度較大，腹板作為縱向的主要傳力構(gòu)件將大部分荷載傳遞至橫隔梁，而后傳遞至下部結(jié)構(gòu)。頂、底板也可傳遞部分荷載，其與腹板所傳荷載按1∶4比例分配可比較接近真實狀態(tài)。根據(jù)所建立的全橋平面桿系模型可得模型自重，將其按比例分配至腹板與頂、底板，見圖3、圖4。

圖3 恒載工況第一主應(yīng)力云圖

圖4 恒載工況橫向正應(yīng)力云圖

可知：（1）在恒載工況下，0#塊與鄰近接觸處的腹板外側(cè)及頂板處均出現(xiàn)約3 MPa的主拉應(yīng)力。（2）在0#塊內(nèi)部分布1 MPa左右的主壓應(yīng)力。（3）0#塊與鄰近接觸處的腹板外側(cè)出現(xiàn)最大4.03 MPa正壓應(yīng)力，上部應(yīng)力分布較均勻，大小為0.7 MPa左右。

3.2 活載工況下計算分析

簡化考慮活載影響，將活載產(chǎn)生的支反力20%按均布荷載分配到頂板、底板處；80%分布到腹板位置，見圖5、圖6。可知：（1）在活載工況下，0#塊與鄰近接觸處的腹板外側(cè)有最大約1.5 MPa的主拉應(yīng)力；翼緣板根部出現(xiàn)較小的主拉應(yīng)力，其余部位應(yīng)力分布較均勻。總體可見，活載作用對模型的第一主應(yīng)力影響較小。（2）對于橫向正應(yīng)力，上緣中部正壓應(yīng)力約為45.4 kPa，0#塊梁與鄰近接觸處的腹板外緣出現(xiàn)最大的正壓應(yīng)力，大小約為432.4 kPa。

圖5 活載工況第一主應(yīng)力云圖

圖6 活載工況橫向正應(yīng)力云圖

3.3 橫向預(yù)應(yīng)力工況計算分析

在橫向預(yù)應(yīng)力單獨作用下，0#塊應(yīng)力分布情況見圖7、圖8?？芍海?）在橫向預(yù)應(yīng)力工況下，橫隔梁底部的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束處分布有最大主壓應(yīng)力，大小約499.2 kPa；在橫隔梁上部的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束處分布最大主拉應(yīng)力，大小約為2.56 MPa。橫隔梁其它部位分布有較小的主拉應(yīng)力，鄰近梁段主應(yīng)力較為均勻，且均在較小范圍內(nèi)，可忽略不計。（2）對于橫向正應(yīng)力，0#塊上緣分布1 MPa左右的正壓應(yīng)力，下緣正壓應(yīng)力較為均勻，其中下緣中部的正壓應(yīng)力為721.8 kPa。

圖7 預(yù)應(yīng)力工況第一主應(yīng)力云圖

圖8 預(yù)應(yīng)力工況橫向正應(yīng)力云圖

4 結(jié)語

建立連續(xù)箱梁0#塊與鄰近梁段的空間實體有限元模型，根據(jù)所建立的全橋平面桿系模型計算出實體梁段的受力情況，并將之加載到空間實體有限元模型中，計算得出模型在恒載、活載、橫向預(yù)應(yīng)力等3種工況下橫隔梁的應(yīng)力狀況：（1）墩頂橫隔梁在恒載、活載工況下的應(yīng)力分布較為均勻。其中橫隔梁上部分布較為均勻的正壓應(yīng)力，下部分布較為均勻的正拉應(yīng)力，且最大正壓應(yīng)力均出現(xiàn)在橫隔梁與鄰近梁段接觸處的的腹板外緣，兩種工況下最大正壓應(yīng)力分別為4.03 MPa和0.432 MPa。（2）在橫向預(yù)應(yīng)力工況下，橫隔梁的上、下部均分布較均勻的正壓應(yīng)力。其中上部的正壓應(yīng)力約為0.53 MPa，下部正壓應(yīng)力約為0.7 MPa。