基于循環荷載下的變截面箱式橋梁的數值模擬研究.pptx

基于循環荷載下的變截面箱式橋梁的數值模擬研究

0 背景

   目前我國在橋梁的整體建設中，箱式變截面橋梁成為橋梁建造的最優選擇之一，但是在橋梁的使用過程中，車輛行駛過程中產生的荷載以及橋梁自重將會對橋梁以及橋墩連接處產生相應的剪切滑移以及相應力學特性的改變。本文利用ABAQUS對處于循環載荷以及均布載荷情況下的橋梁橋墩情況進行數值模擬及力學分析。對其內部鋼筋結構與骨架強度進行準確展示。探討了不同時間步下的橋梁物理力學性質的變化情況。在模擬過程當中，水平荷載采用位移加載控制，柱頂施加豎向均布荷載。

圖一 橋梁模型橫截面整體尺寸圖

圖二 橋梁模型縱截面尺寸圖

1 模型建立

（1）橋梁及橋墩配筋情況：

                                            圖三 模型內部鋼筋布置圖

間距200mm,部分為150mm,縱筋采用φ20@200；箍筋采用φ10@200；

                   

(2)幾何模型圖、模型內部配筋圖及網格劃分

(a)	(b)
(c)

圖四 (a)橋梁的幾何圖；(b)鋼筋分布圖;(c)網格劃分圖

(3)材料屬性

a、 鋼筋材料屬性采用理想彈塑性本構模型關系

圖五 鋼筋材料屬性

b、 混凝土選用C34混凝土，采用混凝土損傷塑性模型

                                                                     圖六 混凝土材料屬性

c、邊界條件與相互作用設置

以橋面中心設置參考點，將參考點與橋面耦合，鋼筋與橋梁采用內置區域的方式，將變截面箱型梁與橋墩視為整體

圖七 邊界條件設置

d、載荷設置情況

在橋梁中心處施加復雜循環荷載，橋墩底部固定，橋面施加均布荷載

(a)	(b)

圖八 載荷設置

2 結果后處理查看

(1) 橋梁以及鋼筋位移變形情況

(a)	(b)
(c)	(d)
(e)

圖九 不同方向橋梁及內部鋼筋受力位移變形圖(a)總位移云圖；(b)x方向位移云圖；(c)y方向位移云圖；(d)z方向位移云圖；(e)鋼筋的總位移云圖

(2) 應力分布與變形

(a)	(b)
(c)

圖十 橋梁與內部鋼筋應力分布圖(a)橋梁總體應力分布圖;(b)橋梁y方向上的應力分布圖;(c)鋼筋的應力分布圖

(3) 不同截面內部應力分布與變形分析

(a)	(b)
(c)	(d)
(e)

圖十一 不同截面內部應力分布圖(a)橋墩與橋梁連接處的應力分布；(b)(c)(d)(e)為橋梁內部切面的應力分圖。

3 數據處理

圖十二 橋梁在Z方向上的位移隨時間的變化

圖十三 橋梁產生的總位移與時間的變化關系

圖十四  應力應變曲線圖

4 電腦配置

圖十五 計算機配置

如圖上圖所示，該電腦處理器為銳龍R7-5800H 3.20GHz;運行內存為16.00GB，64位win10操作系統，由于該模型網格劃分精度較高，采用多種單元類型，計算任務較大。總耗費時長約為16個多小時，前期計算出現幾次無法收斂，經調試后，提交作業工作一段時間后得到以上結果。

5 結論

（1）橋梁的變形情況隨著循環剪切次數增大成指數形式增大，橋墩處的抗壓強度越大，橋梁的變形情況越小，

（2）從上述模擬結果可以看出，橋梁模型在循環復雜荷載作用下，發生了一些變形，其中箱型橋面與橋墩接觸位置變形較大。箱式截面橋梁在不同的動載作用下，其動態反映與國內

有關預應力混凝土橋梁動載資料基本一致，橋梁整體結構具有較好的彈性工作性能。

（3）在循環荷載作用下，可以發現內部鋼筋主要受力變形情況是橋墩底部與頂部與橋梁接觸部分，所以建議在工程是施工建設時，應該對接觸處與底部進行相應的加固。