范例01施工阶段矮塔斜拉桥详细分析

1、施工阶段-矮塔斜拉桥详细分析过程，仅对主梁合拢段的合拢前、后阶段进行建模分析。概要通过矮塔斜拉桥的实体单元模型分析，查看支座反力的横向分布情况、腹板的剪力及加劲梁沿纵向的轴力分布情况。矮塔斜拉桥的受力特点为：所有的荷载均通过斜拉索传递到主塔上。故主塔内部将出现应力集中现象，加劲梁的支座部分、斜拉索与加劲梁的连接部分均会出现应力集中现象。根据上述受力特点，对结构进行实体单元详细分析，查看如下详细分析结果。?支座反力的横向分布情况?腹板的剪应力分布情况(1) ?腹板以及顶板的轴力传递情况桥梁信息2.1桥梁几何信息本例题桥梁基本信息如下。主梁类型：三跨连续PSC箱梁桥梁跨径：L=85.0+155.0+85.0=325.0m桥梁宽度：B=23.900m斜交角度：90?直桥)(2) 主梁截面为单箱三室截面，桥面宽度23.9m，主塔处以及边跨桥台处主梁横向布置四个支座(如下图所示)。主塔处内侧两支座为固定支座，边跨桥台处内侧两支座为纵向滑动支座，其余均为双向滑动支座。施工过程模型对建模部分进行简要说明。3.1分析模型(1)本例题仅对主梁合拢前、后阶段的结构进行施工阶段分析。共分为三个施工阶段，合拢

2、前阶段、边跨合拢阶段、中跨跨中合拢阶段。Ij1.15IJuwJ11rm丁-F1k亠4JIMU-JIjftI,I申L1J1LJO1H-LJ亠Jj3LLU-!111|BM1mJ.lCiT1T亠i1-L5.桥梁横、纵断面图施工阶段2.2施工方法本例题桥梁的施工过程如下图所示，边跨两端采用FSM(满堂支架法)施工方法，其余主梁段采用FCM(悬臂法)施工方法。本例题简化了详细的施工(2)利用midasFEA程序中的几何建模功能以及自动网格划分功能建立模型。为了减少整体结构的分析时间，只建立全桥1/4的模型。混凝土部分采用四面体单元生成实体网格，斜拉索采用桁架单元，预应力钢束采用植入式钢筋模拟。网格线显示透明显示(3) 虚拟移动显示生成网格预应力钢束考虑摩擦、锚具变形、徐变等预应力损失。3.2材料及截面特性(1)混凝土、钢材的材料特性名称E(tonf/m2)Y(tonf/m3)混凝土(400kg/cm2)3,100,0002.5钢材(钢束)20,000,0007.853.3边界条件及荷载模型边界条件如下图所示。主塔与桥台的支座尺寸范围内用刚性连接处理后，添加约束条件。因只建立了1/4的模型，在对称

3、面上也应添加相应的边界条件。名称尺寸根数面积(cm2)张拉力(tonf)顶板钢束0.6inch(15.2mm)12237.2237.2底板钢束0.6inch(15.2mm)19375.5375.5预应力钢筋的特性定义钢束桥梁支座处边界条件1/4结构对称面的边界处理(3)预应力损失具体参数 管道摩擦系数：尸0.25(1/rad.) 局部偏差系数:k=0.0050(1/m)锚具变形:6.0(mm)边界条件分析结果midasFEA程序中提供了等值线、表格、图形、向量、图表等多种查看结果的功能。为了查看更详细的主应力、剪应力结果以及云图结果，本例题使用程序中曲线图”功能与查询结果”功能来查看结果。4.1分析结果本例题桥梁使用的主要材料为混凝土材料，混凝土材料受拉时很容易出现裂缝。混凝土是否出现裂缝，需要通过主拉应力的方向与大小来判断，即查看最大主应力（LO-SOLID,体-P1（V）分析结果。实体单元应力可输出三个方向（X,Y,Z）的主应力结果。midasFEA程序中的P1表示最大主拉应力，P3表示最大主压应力。下面应力成分中的前缀“LO表示查看低次单元的应力结果，前缀用字母high”来表示时

4、，查看的是高次单元的应力结果。-渝力買1L&-SOO.li-fFIX宙LC-刃口誌询ID-jniZD.H-zPZ?切W-JULLU.询USOLID,It閱in:mlh.:nx宙UNSOLD,ft-f亍;眄罪年買1LDS0(LZD.*母+三：FuU-MJLJJ,H-lfltVVuu-aiLiD,U-rK册切u:olid.ft*reiLO-SOLID,P1(V)LO-SOLID,P2(V)LO-SOLID,P3(V):最大主应力（最大拉应力）:最小主应力（最大压应力）实体单元应力成分主塔处斜拉索的轴力LO-TRUSS,Nx主塔处斜拉索的轴应力LO-TRUSS,SXOIui丄1赏L：二一一i二D-*-”二1主塔横隔梁处最大主拉应力LO-SOLID,P1（V）桥台处主梁最大主拉应力LO-SOLID,P1（V）19i二一II1j主塔横隔板区域的应力结果（上图所示），开孔处周边的最大拉应力为41.22kgf/cm2,开孔边缘的局部范围发生了较大的拉应力，应增加配筋来加强处理。边跨端部主梁的钢束锚固区的外侧腹板部分也出现了应力集中现象，也需要强化处理。钢束锚固处出现了较大的压应力，但横隔板周围发生了

5、28.8kgf/cm2的拉应力。使用程序中的查询结果”功能，标注了最大拉应力结果，需要强化处理。预应力钢筋的应力结果输出以下三种内容。用桁架单元模拟斜拉索时，直接查看桁架单元的轴力以及轴应力即可。QIDFlonvmFnmcir/Mhnv对“LO-THLlSS：Ns-旨3L1ElennanlStraine-IDElernniJLOTHLBMS炸LO-TRUSS,Nx:桁架单元轴力LO-TRUSS,SXX:桁架单元的轴应力桁架单元应力成分匕I宅M谄筋迫元应力/应克穗REIMTORCEME肛BXRHIGH,据REINJaRCEME肛Bkft,HIGK,理REIKFCJRCEME肛E/HIGH,REINFORCEMENTBAR,LOW,SXX考虑弹性变形损失后的钢束应力（同时考虑了摩擦、锚具变形等损失）REINFORCEMENTBAR,LOW,EXX考虑弹性变形损失后的钢束应变REINFORCEMENTBAR,LOW,S0XX未考虑弹性变形损失的钢束应力（只考虑摩擦、锚具变形等损失）从主塔的应力结果图中，不难看出与斜拉索连接部位的混凝土出现了应力集中现象，最大主应力为226.441kgf/cm

6、2，需要进行强化处理。从钢束应力结果图中可以看出，中跨合拢段的底板钢束应力相对较小。说明在合拢阶段外力对合拢段的钢束应力影响相对较小。LO-SOLID,P3(V)LO-SOLID,P1(V)钢束应力结果（SXX）查看主梁支座反力结果，内侧支座的反力是外侧支座反力的1.5倍左右，但线框架模型分析时内侧支座承担了更多的反力。与线框架模型分析相比，实体单元分析反映出更真实的情况。如果只进行线框架模型分析，可能会导致无法正确选择合适的支座，也有可能发生误以为支座发生了负反力、应力过分集中的现象。MRrv】制ED-SCLID,it-SIZll*IWjmsakQitnEfib*l-sd1*inrW卜ij.n4iKIE1m-Lhii.ujKiU1JIfcTJ-tu-JrSJ-(y(vn(v(ylyyzBXBlfHZBXBXBYBZBX力FFFFMMMMSiarupED-EdinItt-ZETJjl1ILD-SCiLIfiff-STjgl何LD-EuLin陆-七誓茹年JIC-9W孑CD-SCUt1*-KG最大主应力图反力分布情况4.3内、外侧腹板的剪应力分布查看主梁腹板的剪应力分布情况。实体单元分析结

7、果无法提供剪力（内力）结果，只提供剪应力结果。查看桥梁纵向变化的腹板竖向剪应力结果，在程序中查看SZX（LO-Solid,体-SZX）应力成分。为了更好的了解桥梁的荷载分担情况，查看整跨的剪应力分布图。桥台支座外侧（）内侧（）主塔支座外侧（%）内侧（%）師引锻云应力句LD-SOUIitt-SIX句LO-SOUL.ft-sn=1L&-SOUI,li-SIZ旬IDLOU比SIT句LO-SOUE,勾LD-SOUI),徐甸LO-SOUU擁-肩梅塞斷Wuj-soui.ii-OT霍IID30UI,ktr：(VI甸S如口為卜?2fjjUMnuptf-n阳LO-SOLID,体-SXXLO-SOLID,体-SZZ:各个方向的正应力LO-SOLID,体-SXY:XY平面内剪应力LO-SOLID,体-SYZ:YZ平面内剪应力LO-SOLID,体-SZX:ZX平面内剪应力29.370.729.370.7实体单元剪应力成分4.2主塔横隔板应力分布所有的荷载将会通过主塔以及主塔横隔板传递至支座，有必要查看此部位的详细应力分布情况。查看支座周边最大主应力的等值线图。图中可以看出支座处混凝土发生了很大压应力，但它的周

8、边反而发生了较大的拉应力。可判断此区域可能会发生混凝土开裂现象。横隔板顶端发生了拉应力，主梁支点负弯矩引起了拉应力。利用midasFEA程序中的曲线图功能查看中、边跨内、外侧腹板的剪应力（SZX成分）图表结果和表格结果。查看顶板上端向下1.5m处的腹板剪应力结果。tlWI-T7jiin-RLirfr-rzfrj诵*!1LiM)LIi悻血F押Lfl-S：LIft-T2tflLfl-i.Lil陣VI门lYruiIJfairarfail-aa.SMfl-*!缺胃鼻和乍元応力国la-sjLH.rt-23J孙UMOLII.W-fTf问liHSjLH悴1JI忡|1LO-JljLII悴园*H口pLd-uhft-raMAH4.4腹板及顶板的正应力和有效宽度矮塔斜拉桥的斜拉索锚固在主梁的中心腹板处，纵向应力分布也是不均匀的。线框架模型分析时的应力是使用计算公式“”来计算的，其应力结果有可能比实际情况偏小。斜拉索连接处的局部应力可能会超过容许应力值，有必要进行实体单元的详细分析后，再进行应力验算。.查看桥梁纵向X方向的应力分布情况，在程序中查看SXX(LO-Solid,体-SXX)应力成分。为了查看整个截面上的应力分布情况，使用程序中的剖断面”功能来查看结果。*BBB匸扛尸1三L,1一亡一一匚-KKKB_K=KK=K=BEEEEHEE腹板剪应力图矮塔斜拉桥50%以上的荷载由斜拉索来承担，斜拉索在主梁截面内侧腹板上锚固。主梁截面共有个四个腹板(如上图所示)，内侧腹板与外侧腹板分担剪力的比率是不一样的。下图是内、夕卜腹板各自分担剪力的比率图，利用剪应力结果计算出来的内侧腹板分担剪力的比率最大达到了80%左右。如果只进行线框架模型分析，是无法算出正确的分担比率的，其结果是平均分担给每个腹板的结果，设计验算的结果误差是非常大的。87654321率比担菊腹板剪力分担比率定义剖断面剖断面位置ABCDE-HUT*查看第一根索至第二根索范围的应力分布情况，等间距定义5个剖断定义剖断面剖断面剖断面剖断面剖断面剖断面2600(2800(3000(3200(3400(F.-It?r-r.E)。itivn?|m)下面查看索张拉力引起的应力分布情况，利用程序中的曲线图”功能、表格结果来查看

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