宽箱梁剪力滞效应分析

2016-07-18杨亚

四川水泥 2016年7期

关键词：弯曲应力钢束腹板

杨亚

（重庆交通大学土木工程学院重庆市 400074）

宽箱梁剪力滞效应分析

杨亚

（重庆交通大学土木工程学院重庆市 400074）

采用midas fea对某大桥宽箱梁分别在自重、纵向预应力、二期恒载作用下分析其剪力滞效应，明确局部受力薄弱部位，为今后宽箱梁的设计提出合理数据参考。

有限元；midas fea；应力；剪力滞

一、有限元模型

Midas FEA模型中分别使用以六面体为主的实体单元模拟混凝土梁体，使用杆系单元模拟纵向预应力钢束、竖向预应力钢束以及普通钢筋，其中混凝土梁体和纵向预应力钢束是通过Midas Civil提供的“杆系模型转换到实体模型”接口从Midas Civil中直接转换过来的，普通钢筋和竖向预应力钢束则是在Midas FEA中直接输入的。

二、自重

图1给出了自重荷载作用下中跨跨中截面顶板顶缘的弯曲正应力沿截面横向的分布规律，从中可以明显看出，自重荷载作用下，应力均呈现靠近腹板区域的应力要比远离腹板区域的应力大，且不同截面位置处的弯曲正应力不均匀分布存在差别。

图1 自重荷载下中跨跨中顶板的弯曲正应力横向分布特征

为评价弯曲正应力沿宽箱梁翼缘的不均匀分布情况，特定义剪力滞系数λ，弯曲应力不均匀系数δ和应力差Δσ

其中：σ ¯为同一高度处弯曲正应力的平均值；σmax和σmin分别为同一高度处弯曲正应力的最大值和最小值。

表1 自重荷载作用下各控制截面弯曲应力不均匀系数δ、剪力滞系数λ

表1给出了自重荷载作用下各截面上下缘弯曲正应力不均匀系数δ、相应剪力滞系数λ，从表中可以看出：自重荷载作用下除中跨跨中截面以外，其他截面的剪力滞系数均≥1.1，即宽箱梁截面上下缘实际应力将超出按初等梁单元计算应力的 10%左右，甚至更大；相对而言，中跨四分点截面上下缘弯曲正应力分布不均匀系数最大，但弯曲应力差值最小，中跨跨中截面上下缘弯曲正应力不均匀系数最小；支点截面应力不均匀系数相对较大，设计时应该多加注意。

三、纵向预应力

图2给出了纵向预应力荷载作用下中跨跨中顶板顶缘和底板底缘的弯曲正应力沿截面横向的分布规律，从中可以明显看出，纵向预应力荷载作用下，不管是压应力还是拉应力均呈现靠近腹板区域的应力要比远离腹板区域的应力大，且不同截面位置处的弯曲正应力不均匀分布存在差别。

表2给出了纵向预应力荷载作用下各控制截面上下缘弯曲正应力不均匀系数δ相应剪力滞系数λ，从中可以看出：纵向预应力荷载作用下除边跨1/3截面下缘以外，其他截面的剪力滞系数均≥1.2，即宽箱梁截面上下缘实际应力将超出按初等梁单元计算应力的 20%左右，甚至更大；相对而言，中跨跨中截面上缘弯曲正应力分布不均匀系数最大，弯曲应力差值也最大，这主要是由于中跨跨中底板钢束在腹板区域配置较多，导致跨中截面顶缘腹板区域的拉应力相比其他地方更为显著，这点在设计中应有所关注。

图2 纵向预应力荷载下中跨跨中板顶的弯曲正应力横向分布特征

表2 纵向预应力荷载作用下各截面弯曲应力不均匀系数δ、剪力滞系数λ

四、二期恒载

按照设计图纸上给定的桥面铺装要求，采用 4cmSUP-13 细粒式沥青混合料+6cmSUP-20 中粒式沥青混合料也即10cm厚的沥青混凝土，且对于护栏在其内侧采用波形梁护栏，外侧采用钢护栏。最终确定其二期恒载为53.3kN/m,并通过Midas FEA压力面荷载对整体结构加载。

图3给出了二期恒载荷载作用下各控制截面顶板顶缘和底板底缘的弯曲正应力沿截面横向的分布规律，从中可以明显看出，二期恒载荷载作用下，不管是压应力还是拉应力均呈现靠近腹板区域的应力要比远离腹板区域的应力大，且不同截面位置处的弯曲正应力不均匀分布存在差别。

图3 二期恒载作用下中跨跨中板顶的弯曲正应力横向分布特征

表3给出了二期恒载作用下各控制截面上下缘弯曲正应力不均匀系数δ、相应剪力滞系数λ，从中可以看出：二期恒载作用下除跨中截面下缘以外，其他截面的剪力滞系数均≥1.1，即宽箱梁截面上下缘实际应力将超出按初等梁单元计算应力的 10%左右，甚至更大；相对而言，中跨四分点截面上缘弯曲正应力分布不均匀系数最大，这主要是由于中跨跨中底板钢束在腹板区域配置较多，导致跨中截面顶缘腹板区域的拉应力相比其他地方更为显著,这点在设计中应有所关注。