剛構橋0號塊局部分析

1：計算內容及目的

 

V型斜腿剛構橋的0號塊在橋梁結構中起著連接著邊跨和V型斜腿的重要作用，該部位空間力學行為相當復雜，有必要對其進行空間實體分析。考慮到施工過程和運營過程中的最不利狀態，本次計算主要針對兩個工況進行分析。工況一、施工過程中最大懸臂狀態。工況二、運營過程中0號塊的最不利狀態。下圖為0號塊在分析模型中的位置。

2：計算模型及邊界條件、荷載模擬 

采用大型通用有限元軟件ANSYS 12.0對剛構橋0號塊進行分析，混凝土主梁及斜腿采用10節點的四面體實體單元SOLID92進行模擬，預應力筋采用線單元link8模擬。考慮圣維南原理，本次計算模擬長度從橋墩中心至一側主梁5號塊段，共有單元232869個，節點447296個。節段三維有限元模型見下圖：

邊界條件：V型斜腿底部采用全部固結約束模擬其與橋墩的連接，對稱中心線處的主梁端部采用沿橋軸線方向的對稱約束。外荷載模擬，根據整體模型計算結果，在5號端部施加內力荷載。工況一最大懸臂狀態：彎矩Mx=-37266KN*m，剪力Fy=-3666KN，軸力Fz=-99345KN（坐標軸方向見圖1和圖2）；工況二運營過程中最不利狀態：彎矩Mx=-85464KN*m，剪力Fy=-7565KN，軸力Fz=-103864KN。 預應力荷載模擬：根據預應力材料的膨脹系數和彈性模量，采用降溫等效模擬預應力張拉。 

3：計算結果 

為了方便查看應力結果，本計算報告主要按俯視圖視角和等軸視角來顯示計算結果。由于結構對稱，在等軸視角時取0號塊橫橋向的一半剖面示意。 

3.1 工況一（最大懸臂狀態下）

小結： 

1、從圖3.1-1~3.1-2中可知，頂板順橋向應力以受壓為主，大部分壓應力處于15.3MPa至12.7MPa內。橫橋向應力以受拉為主，除中間小區域表層拉應力達到3MPa以外，其余基本在1.22MPa以內。圖3.1-3~3.1-4中顯示的主拉應力和主壓應力計算結果分別和橫橋向、順橋向結果很接近。可見絕大部分頂板應力在安全設計范圍內。 

2、從圖3.1-5~3.1-9中可知，內部混凝土的大部分主拉應力在1.67MPa以內，僅有梗腋處少部分混凝土單元應力超過2.5MPa，并且均分布在表層。大部分主壓應力均在17.3MPa以內，僅在少量的塊體相交邊棱角處壓應力達到25MPa。另外，順橋向、橫橋向和豎向的應力結果也基本驗證了主拉和主壓的應力結果。 

3.2 工況二（運營過程中最不利狀態）

小結： 

1、從圖3.2-1~3.2-2中可知，頂板的順橋向應力以受壓為主，大部分壓應力在9.1MPa左右。頂板的橫向應力以受壓為主，少量區域受拉。拉應力均在2MPa以內，壓應力均在1.9MPa以內。最大主拉應力在2MPa以內，最大主壓應力基本在11.9MPa以內。 

2、從圖3.2-5~3.2-9中可知，內部混凝土在某些梗腋、頂底板的表層出現了大于2MPa的主拉應力，不過分布深度較淺。其余主拉應力均在1.44MPa以內。絕大部分主壓應力均在16MPa以內，塊體相交的棱角處出現少量主壓應力達到25MPa，不過分布范圍很小，且深度較淺。 

4、結論 

由以上計算結果可以看出，最大懸臂狀態和運營過程中最不利狀態，0號塊混凝土的整體應力情況均較好，絕大部分部位的應力水平都能滿足設計要求。幾個應力偏大的位置均出現在梗腋、塊體相交的棱角處和頂、底板的局部表層。但分布的面積不廣，深度較淺。施工中可以考慮適當增加普通鋼筋含量，降低開裂風險。