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技术文章

 
 

波形钢腹板PC组合箱梁桥的力学性能特点

2015-3-20 点击次数:[890]
 

1 波形钢腹板箱梁建模基本思路
本计算模型波形腹板截面基本尺寸为: 长为1 700mm, 高为220mm, 水平面板宽为430mm, 斜板长度为370mm, 水平折叠角度为34.7°, 钢板厚度为10mm, 波形钢腹板高为1 900mm, 端部插入混凝土的深度为200mm, 主梁总高为3 000mm(共四个波段长)。
本计算在模型中一共建立了三种单元形式, 即波形钢腹板、贯穿钢筋和混凝土。为保守起见, 只考虑贯穿钢筋和约束钢筋的抗剪作用, 由混凝土和贯穿钢筋之间的位移耦合形成波形钢腹板与混凝土的连接, 没有考虑约束钢筋的作用。建立箱梁模型时, 只是建立截面1 / 4结构后加两个对称约束, 形成局部计算模型, 箱梁为完全对称截面, 所建的ANSYS模型如图3所示。

2 波形钢腹板箱梁局部模型分析计算
本计算模型采用三个荷载工况来分析计算波形钢腹板箱梁的整体力学性能。
2.1 纯剪应力工况
在纯剪应力工况下, 选取三排节点共120个,每个节点均加载集中力7.5kN, 加载力总值为120×7.5=9×102kN, 所得模型图如图4所示。

在此荷载作用下, 纯剪段(实际为弯剪)波形钢腹板的剪应力为30MPa左右, 而且沿腹板高度方向均匀分布, 可得在此段波形钢腹板所承受的剪力为30×0.01×1.9×103=570kN, 占截面总剪力900kN 的65%左右, 在此情况下波形钢腹板的轴向正应力大小为5~8MPa。
由此可得出结论: 波形钢腹板箱梁的剪应力基本由波形钢腹板承担, 本计算模型由于混凝土顶底板厚度取值相对较大, 且梁高取值较小, 波形钢板所承受剪力占总截面剪力比重还不是很大, 如果将主梁的梁体高度提高, 则腹板所承担的剪应力应该还会加大。

2.2 弯矩和轴力单独作用工况
计算模型选取截面形心位置的节点与箱梁周边节点形成刚臂, 然后在中心节点位置加弯矩值为2×104kN·m, 在模型端部均匀施加荷载105kN /m2。
在弯矩单独作用下混凝土顶底板上的正应力已经超过30.0MPa, 而此时波形钢腹板的轴向正应力还达不到1.0MPa。在轴向力的单独作用下, 混凝土顶底板的应力可以达到100MPa左右, 而波形钢腹板中部的轴向正应力仅为5MPa左右, 只是在靠近混凝土的端部受混凝土的影响应力较大, 轴向正应力达75~100MPa。此处计算结果说明, 在波形板PC箱梁轴向力作用下波形钢腹板不能承受轴向力作用, 轴向力由混凝土全部承担, 而且在实际情况中, 混凝土强度从未达到100MPa。

 
 
 
 
 
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