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基于Ansys的斜腿刚构桥静动载分析

更新时间:2009-03-28

0 引言

随着我国高速公路交通网络的不断加密,跨越高速公路的天桥日益增多.天桥的设置连通了高速公路线两侧的道路,方便了行人和汽车交通,除此之外因地制宜、造型美观的天桥还是高速公路上的一道亮丽风景.斜腿刚构桥作为高速路天桥最常用的一种,具有外形美观,桥下净空大,视野开阔,施工便捷等优点[1].此外它无需在上下行高速公路的中央分隔带设置墩柱,可以实现一跨跨越高速公路,这对于减少高速公路行车视线障碍,提高公路行车安全具有重要意义.

从受力的角度来讲,斜腿刚构桥上部箱梁和下部斜腿结构的连续性使得它兼有梁和拱的特点,整体受力.相对于常规梁式桥,斜腿刚构桥减小了中跨跨度,增加了斜柱长度,因而其跨中弯矩减小,水平支反力增加.2个边孔像2个窗口,不但结构通透,减轻了上部结构自重、阻风面积,而且转移了跨中的正弯矩,使桥梁的整体结构的受力更合理、构件尺寸更小.当挖方高度合适时,桥梁长度可以做到最短,因而经济性较高,基于以上这些优点,斜腿刚构桥已被越来越多的采用.

1 病害情况

斜腿刚构桥的缺点是两斜腿水平推力较大,因而对地基和基础要求相对较高.地基不但要有足够的承载力,而且要有足够的抗滑稳定性.另外,斜腿刚构桥为多次超静定结构,温度作用、支点沉降、混凝土及收缩徐变都会在结构中产生较大的次内力,若基础发生较大的不均匀沉降或顺桥向滑移,使桥上部结构产生破坏,影响天桥使用安全和寿命.因此这种结构适用于地质条件较好的挖方路段.

基于上述特点,及时了解斜腿刚构桥的病害情况具有很大的意义,本文利用大型有限元通用软件Ansys中beam188单元来模拟斜腿刚构桥的斜腿、横向连系梁、纵梁[2].得出的轴向应力图、挠度图、弯矩图分别如图1~3所示.结合桥梁检测资料,现将斜腿刚构桥的病害情况通过斜腿刚构桥示意图(如图4)描述如下.

  

图1 斜腿刚构桥轴向应力

  

图2 斜腿刚构桥挠度

  

图3 斜腿刚构桥弯矩

  

图4 斜腿刚构桥病害示意图

图4中,1号位置跨中梁体底部横向微裂缝,产生原因由于跨中正弯矩过大、斜腿产生横向或纵向位移、养护不到位、收缩徐变、混凝土碳化腐蚀等;2号位置梁体顶部裂缝,产生原因由于梁体负弯矩过大、斜腿产生横向或纵向位移、养护不到位、收缩徐变、混凝土碳化腐蚀等;3号位置斜腿顶部上侧裂缝,产生原因由于斜腿负弯矩过大、斜腿产生横向或纵向位移、养护不到位、收缩徐变、混凝土碳化腐蚀等;4号位置斜腿底部下方裂缝,产生原因由于斜腿底部负弯矩过大、斜腿产生横向或纵向位移、养护不到位、收缩徐变、混凝土碳化腐蚀等;5号位置支座损坏,产生原因由于端部支反力过大、车辆上下桥时产生的竖向冲击力较大、伸缩缝破坏导致渗水腐蚀、支座受到横向力作用、支座质量问题等.

2 破坏机理

2.1 超载

斜腿底部竖向位移对所在斜腿弯矩及对侧斜腿弯矩的影响如图11~12所示.斜腿底部竖向位移对跨中弯矩影响如图13所示.

2) 长期的超载使得桥梁产生塑性损伤,当损伤积累到一定的程度,会严重损伤桥梁截面的抗力,最终使桥梁发生破坏.

1) 桥梁若长期遭受车辆超载的作用力时,由于超载车辆荷载的循环变化,当超载达到一定的程度时,内部主要控制截面的钢筋会产生交变应力,由此会引发桥梁的疲劳问题以及内部钢筋和混凝土的相对滑移问题.最终使得桥梁结构的疲劳应力增大,裂缝的损伤速度加快,严重时出现桥梁的坍塌[4].

公路-Ι级荷载作用下跨中轴向应力云图如图5所示,下部区域拉应力较大,上部范围内压应力较大.

事业单位财务工作者及相关工作人员对预算绩效管理工作的了解程度低,参加预算绩效管理方面的后续教育不足。近年来财政改革措施不断出台,很多工作是新生事物,工作量大幅增加,导致财务人员压力加大。而财务工作本来就烦琐,如果理论知识不能及时更新、实际工作经验不足,很难将绩效管理工作落到实处。部门预算中的项目文本绩效目标单纯由财务工作者突击编报,很难做到充分调研和可行性论证,势必会缺少前瞻性和系统性,编制质量参差不齐,绩效管理和预算管理不能有机融合。

下面以Ansys得出的在不同程度超载荷载作用下,跨中梁体的应力情况以及挠度与弯矩的增长情况来说明超载对桥梁的危害.

  

图5 跨中轴向应力云图

在公路-Ι级荷载以及超载5%、10%、15%、20%的荷载作用下,跨中弯矩及挠度增量见表1~2以及图6~7.

在公路-Ι级荷载以及超载5%、10%、15%、20%的荷载作用下,斜腿底部向内水平位移对跨中弯矩影响见表3及图9~10.

 

表1 不同程度超载时跨中区域节点弯矩增量

  

计算点纵向坐标/m弯矩增量/mm超载5%超载10%超载15%超载20%13.0-336.2-350.2-364.2-378.113.5-406.5-423.6-440.6-457.714.0-475.8-496.0-516.2-536.414.5-544.2-567.5-590.8-614.115.0-611.6-638.0-664.5-690.915.5-575.8-600.5-625.3-650.116.0-504.6-526.1-547.6-569.216.5-432.4-450.7-469.0-487.317.0-359.4-374.4-389.5-404.517.5-285.4-297.2-309.0-320.8

 

表2 不同程度超载时跨中区域节点挠度增量

  

计算点纵向坐标/m挠度增量/mm超载5%超载10%超载15%超载20%13.0-12.9-13.5-14.0-14.513.5-13.8-14.4-15.0-15.614.0-14.0-15.2-15.8-16.414.5-15.1-15.7-16.3-17.015.0-15.3-16.0-16.6-17.315.5-15.3-15.9-16.6-17.216.0-15.0-15.6-16.2-16.816.5-14.4-15.0-15.6-16.217.0-13.6-14.1-14.7-15.317.5-12.6-13.1-13.7-14.2

  

图6 跨中区域弯矩变化

  

图7 跨中区域挠度变化

食品产业在近年来得到了迅速的发展,在成绩背后,除了业界不断推动新品销售之外,还有另外一个重要的原因——行业内紧跟年轻消费者的需求,从包装的材质、外观甚至店铺整体销售环境上做出了升级。

  

图8 斜腿顶部区域弯矩变化

2.2 斜腿位移

在我国经济发展和科学技术水平不断提高的推动下,市政工程建设呈现出良好的发展态势,市政建设工程本身就有规模大、历时长、耗资大的项目工程,而其投资主体一般为财政,所以对市政工程的造价控制和成本管理极为重要。当前市政工程造价控制及管理的信息化程度还不高,还存在很多问题,必须对这些问题进行深入研究并解决才能提高造价管理水平。

 

表3 斜腿底部向内位移时跨中区域节点弯矩增量

  

计算点纵向坐标/m弯矩增量/mm超载5%超载10%超载15%超载20%13.0-356.0-470.2-527.4-584.513.5-389.4-494.5-547.0-599.614.0-455.6-542.4-585.7-629.114.5-520.9-589.3-623.5-657.615.0-585.2-635.3-660.3-685.315.5-551.0-582.7-598.5-614.416.0-483.1-496.4-503.1-509.716.5-414.2-409.2-406.6-404.117.0-344.4-321.0-309.3-297.617.5-273.6-231.9-211.0-190.2

  

图9 跨中区域弯矩变化

现如今,伴随着我国经济实力的增强,交通运输业取得了迅猛发展,与此同时,货运车辆的数量及重量也不断增加,且车辆正朝集装箱化、拖挂化、大型化的方向发展[3].由此产生的车辆超载问题也日益增多,据统计,高速公路上的大型运输车辆几乎都存在不同程度的超载现象,因此严重的威胁到公路桥梁的耐久性和安全性.综合来讲,车辆的超载对公路桥梁的损害主要体现在以下2个方面.

在公路-Ι级荷载以及超载5%、10%、15%、20%的荷载作用下,斜腿顶部区域弯矩增量如图8所示.

生理—心理—社会医学模式认为,人体是心理和生理两大功能统一的完整的生命体[2]。一般而言,健康不仅是外部体格健硕,还包括心理性的,要与自然环境,社会环境和谐稳定。所以,存在心理健康问题的教师常伴有如冠心病、原发性高血压、消化性溃疡病、紧张性头痛和偏头痛等等疾病。那么教师应该如何做才能维护与自我调适呢?

  

图10 斜腿顶部区域弯矩变化

  

图11 竖向位移对该侧弯矩影响

  

图12 竖向位移对对侧弯矩影响

  

图13 竖向位移对跨中弯矩影响

2.3 日照温差

钢筋混凝土桥梁结构在太阳照射和天空辐射及外界环境温度的影响下,会发生温度的变化,一是由于热传导性能比较差,二是由于材料的非均匀性.这使得梁体结构沿高度方向各纤维层的温度处于不同的温度状态,就会产生温度梯度,进而使梁体发生温度变形.由于日照温度梯度的影响,温度变化过程中梁体纤维发生膨胀,由于受到约束,从而产生温度应力.梁的温度变形受到内部约束产生温度自应力,受到外部约束产生温度次应力.资料表明:预应力混凝土箱梁桥特别是超静定结构体系中,此项温差应力甚至超过活载的应力,被认为是预应力混凝土桥梁后期产生裂缝的主要原因[5].

3 移动荷载作用下的响应

相同车辆以不同车速通过桥梁时,对跨中节点的挠度影响曲线如图14所示.

  

图14 不同车速对跨中节点挠度影响

从图14可以很直观地看出:不同车速过桥时,跨中节点的挠度影响下,2条曲线趋势完全相同,40 m/s时曲线最大值较20 m/s时曲线最大值大,可以得出行车速度对桥梁的挠度有一定影响,车速较大时,挠度明显增加.

其次,及时发现并解决在二轮地块档案当中所出现的偏差或者不实的情况,从根本上确保土地确权工作登记的科学、合理性。对认定农村集体经济组织成员资格的制度进行充分分析,在组织成员当中将大学毕业回乡人员、复员军人等纳入其中,使其在土地承包方面具有主体资格。

4 结语

斜腿刚构桥有着较大的跨越能力和较好的承载能力,尤其是斜腿能提供轴力和弯矩,因而可以减小负弯矩以及跨中正弯矩,使得材料用量较低,结构轻巧[6].其受力比简支梁桥、连续梁桥、直、斜腿刚架桥复杂,各部分受力除了与跨径布置有关之外,还与各部分的刚度、斜腿的倾角、斜腿的长度等有关,若某部位尺寸不合适则可能会引起整个结构受力发生突变,比如拱脚位移使结构受力产生突变,造成集中应力.因此在拟定各部位尺寸的时候一定要统筹考虑,全面分析,使其处于最佳受力状态.进一步分析、探讨和总结斜腿刚构桥的力学性能、受力特点、安全性、适用性以及耐久性对今后进一步建设该桥型是有必要的.

由于该斜腿刚构桥处于偏远地区,地质情况极具不确定性,再加斜腿位移对该桥受力的严重影响,使得该桥前期的地质勘察尤为重要.因地处偏远地区,监管不能到位,受超载的影响为比较大,由于环境的恶劣性,各种其他病害也更为复杂,因此及时检测了解其病害以及破坏机理是非常有意义的,本文仅仅对超载、拱脚不同方向位移、行车速度和温差进行了定性及定量分析,希望能对该种桥型的监管、使用、维修养护和检测提供一定的参考,增加其安全性和耐久性.

参考文献

[1] 何湘峰,何艳芳.高速公路斜腿刚构天桥设计体会[J].黑龙江交通科技,2013(7):134-136.

[2] 王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3] 王峥.交通运输对我国经济发展作用的实证研究[D].重庆:重庆交通大学,2007.

[4] 刘晓伟.车辆荷载作用下钢筋混凝土桥梁的疲劳分析[D].西安:长安大学,2012.

[5] 王瑞龙.斜腿刚构桥的温度作用以及次内力分 析[J].工程设备与材料,2017(5):127-128.

[6] 孙波.斜腿刚构桥的特性分析[J].中国水运,2006,4(7):57-58.

 
操俊林,李鹏浩
《兰州工业学院学报》2018年第02期文献

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