预应力混凝土箱梁进人孔设置分析

2014-12-25满粟胡登峰

城市建设理论研究 2014年37期

满粟胡登峰

摘要：结合武汉二环线杨泗港快速通道四新段预应力混凝土箱梁施工的工程实际，利用有限元软件ANSYS及MIDAS-civil计算了箱梁顶板进人孔设置对桥梁结构整体受力的影响，以及预应力张拉过程中不同尺寸的进人孔局部的应力分布和变化，指出对于单箱多室的混凝土箱梁进人孔设计及施工中应注意的问题。

关键词：混凝土箱梁；单箱多室；进人孔；受力分析。

中图分类号：TV331文献标识码： A

1、工程背景

杨泗港快速通道是武汉市“三环、十三射”中的“一射”，全线由四新段、杨泗港长江大桥过江段、青菱段3段组成，其中四新段工程位于汉阳新区，西起龙阳大道，东至国博大道立交区线路全长5.67公里，主线采用高架+地面辅道的布置形式，包含陶家岭、四新、国博三座立交桥。本文以四新段第三标段（sk1+200-sk4+000）中第26联为研究对象进行现浇预应力混凝土箱梁施工进人孔留置大小的研究。

三标段第26联桥跨布置为3×28m，截面形式为26m宽的单箱三室等截面箱梁，如图1所示，

图1 箱梁截面构造

2、箱梁进人孔布置及整体建模分析：

施工人孔位于箱梁顶板，以竖向受力最不利工况对进行人孔布置，将进人孔纵向布置在每跨跨中位置，横向布置在每个箱室中心线上，且将进人口留设置在同一水平断面上，进行整体受力分析。

2.1整体受力分析工况

工况一：（无人空模型）自重

工况二：（有人孔模型）自重

预应力在整体受力分析时以内力形式作用于人孔，整体竖向受力分析可不考虑预应力作用，运用有限元软件分别建立有、无人孔模型，如图2.1,2.2所示，进行自重作用下的受力分析。

图2.1无人孔整体模型

图2.2有人孔整体模型

2.2分析结果

图2.3：无人孔梁自重作用下的弯矩图

图2.4：有人孔自重梁作用下的弯矩图

图2.5：有人孔自重梁作用下的剪力图

图2.6：有人孔自重梁作用下的剪力图

图2.7：无人孔梁自重作用下的位移图

图2.8：有人孔梁自重作用下的弯矩图

结果对比如表2.1所示：

表2.1整体模型自重作用下分析结果

工况最大弯矩最大剪力最大位移

未开人孔 3.028×104kN∙m 9.295×103kN 7.317×10-3kN

开人孔 3.017×104kN∙m 9.282×103kN 7.313×10-3kN

经对比分析知,箱梁顶板进人孔的设置对整体竖向受力几乎无影响，故设置不同的人孔尺寸，进行局部受力分析。

3、局部受力分析

运用有限元计算软件ANSYS进行局部混凝土箱梁建模，采用solid45单元模拟混凝土结构单元，预应力钢束可采用分离式建模法设置link单元模拟预应力钢束，也可运用等效荷载法进行预应力的模拟，本文采用等效荷载法对预应力进行模拟。

施工进人孔位于箱梁顶板，顶板预应力钢束布置分为横桥向钢束（扁锚4-Φs15.2钢绞线）和纵向钢束，纵向钢束包括位于横梁两侧的节段钢束（9-Φs15.2）和通长钢束（9-Φs15.2），由于节段钢束位于横梁两侧，对人孔区域受力影响较小，通长钢束位于靠近边腹板和中腹板区域，同样对人孔区域受力影响较小，为进一步简化计算，局部受力分析模型只考虑顶板横向钢束对人孔区域的受力影响，实体模型如图3.1所示，考虑顶板横向钢束为两端同时张拉，箱梁端部边界条件设置为梁端固结。

根据施工现场实测人孔尺寸数据，设置以下三组不同尺寸的进人孔进行局部受力对比分析，如表3.1。

表3.1进人孔尺寸试验组

编号横桥向尺寸（m）纵桥向尺寸（m）

1 0.8 0.8

2 1.4 1.2

3 1.8 1.4

图3.1单跨箱梁实体有限元模型

4、局部应力分析结果

利用三维空间有限元模型，对三组不同尺寸的人孔在自重荷载及顶板横向荷载作用下进行受力分析，通过计算得到的进人孔周围的纵、横向应力数值见表3.2，截面应力分布情况见图3.2-3.4所示。

图3.2a 0.8×0.8进人孔拉力分布云图图3.2b 0.8×0.8进人孔拉力分布云图

图3.3a1.4×1.2进人孔拉力分布云图图3.3b 1.4×1.2进人孔拉力分布云图

图3.4a 1.8×1.4进人孔拉力分布云图图3.4b1.8×1.4进人孔拉力分布云图