基于ANSYS的大跨度连续刚构桥施工阶段数值仿真研究

公式 （ ） （ ） １ 、２ 中各符 号 含义见 文献【］ 处不再 ４， 此 详 述
１ ． 于 ＡＮ Ｙ ２基 Ｓ Ｓ的收缩 徐变 实现 方法
桥 的施 Ｔ 阶段 仿真 计算 ， 虑影 响施 工 质 量 的主 要 考
因素 。
１主 要 影 响 因 素 与 ＡＮＳ ＹＳ 数 值 仿 真
的 实 现
应 用 的蠕变 方程 为 Ｃ＝ ： ０
△ｓ． ｃｌ ２ 产 盯Ｃ
Ｃ ３
－
中 的 ０３ 腹 板 厚 由根 部 的 ０９ｍ 过渡 至跨 中 的 ． ｍ， ２ ．
０４ ． ｍ。主 梁 纵 向 预应 力 束 为 ￣Ｊ ．４ｍ 钢 绞 线 ５ ｂｌ ２ ｍ ５
ｈ
（ 度 Ｒ． ｌ８ ０ＭＰ ） 强 、 ６ ａ 。 ＝
基 于线 性 徐 变理 论 ＿ １且 不 考 虑 温 度 影 响 ６， － ７ 有
应用 ｌ ｋ ｉ ８单元 和 节点耦 合 的方 式 模 拟纵 向预 应 力 ｎ
筋． 用悬 臂 法 施工 ， 型定 义 了 １ 采 模 ７个施 工 阶段． 从 制造 桥 墩 到全 桥合 拢 共持 续 ３ ０天， Ｎ Ｙ ０ Ａ Ｓ Ｓ模 拟 的 悬 臂施 工 过程 图如 图 １ 示 所
』 （） ｛ ｔ ［９—） ．ｖｓ］ × （ ￡｝ 【 “ ） －ｆ ｏ１／ １ ２ ，１ 一 ／３ ｆ ２ ）。 ０ ） ｆ＝ １（ ＋ （ ｝
ｌ＝ｅ ＝１ ８ １ ９ Ｈ ， ＿（Ｈ） ． — ． Ｒ ＾ １ ３
（ ） （０ ． ） ／ ＝３／ ＝ 。 ’
单元 可供 选择 ， 且具 备 完备 的处 理功 能 和二 次 开 并 发接 口， 可用 于预应 力混 凝土 结构 的计算 分 析 。 文 本 主要基 于 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 软 件进 行 大跨 度 连续 刚 构 ＮＹ
５ ２
尽 管 现在 的 Ａ Ｓ Ｓ功 能不 能 直接 用 于混 凝 土 ＮＹ 徐变 计算 ， 是 可 以采用 其 金属 蠕 变功 能 来考 虑 混 但 凝 土 的徐 变 ， 发杰 等 ［ 金 属蠕 变 模 拟 混 凝 土 徐 邓 ５ ］ 对
变 进 行 了详 细 的研究 ， 且 相信 只要 对金 属 蠕 变进 并 行 适 当 的修 改 即可 与混 凝 土 徐 变 吻合 。不 管 怎样 ， Ａ Ｓ Ｓ提供 了很 多 的蠕变 准则 ， 方便 而广 泛得 到 ＮＹ 其
Ｃ＝ ，，１ ０计 算 参 数 Ｃ 徐 变 系 数 之 间 的关 ：０Ｃ＝ ， ＝ Ｃ 和
系可 以 由 以下公式 决定 ：
（） ４
镌
’
此外 ，程 序 基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 Ａ Ｄ ＮＹ Ｐ Ｌ功 能对 Ｃ 参 数 值 进行 自动 计算 。 而 ， 变 系数 是时 间相 关 的 。 然 徐
了本 方 法在 实 际工 程 计 算 中的 有 效 性 。 关 键 词 ： 续 刚 构桥 ： 连 挠度 ： 真 计 算 仿
０ 引 言
预 应 力 混凝 土 连 续 箱梁 桥 的优 点 是 结 构 刚 度
１１收 缩徐 变理 论的选 择 ． 收 缩 徐 变 机 理 复 杂 且 影 响 因 素 较 多 ，就 如 ｂ ｚｎ 所说 ，收缩 徐变 现象 还 远没 有被 完 全掌 握ｐ ａａ ｔ Ｉ 。 当前混 凝 土收缩 徐变模 型 主要有 ：中 国建科 院模 型
Ｓ Ｓ模拟 了某 桥 的悬臂 施工 全过程 。 中合 拢后 ， Ｙ 跨 由
式 中：（，） ￡ ｔ 为公 式 （ ） Ｔ ２。
１３混凝 土模 量 变化 的考 虑 ．
Hale Waihona Puke Ａ Ｓ Ｓ仿真 计算 得到 的主 梁挠度 图， 图 ２所示 。 ＮＹ 如
大跨 度 预应 力 混凝 土桥 在 施 工过 程 中 凝 土 混 材 料 的 物理 特性 随 龄期 的变化 而 变化 ． 本文 选 择 混
对 于 多 阶段 施工 桥 梁， 同 的构件 有 不 同徐 变 系数 ， 不 使 得徐 变 系 数 的估算 具 有很 大 的 困难 。在本 文 中 ，
Ａ Ｓ Ｓ的 不 同单 元 可 以赋 予不 同的 材 料属 性 的功 ＮＹ
能 将 用 于 解 决 不 同施 工 阶段 的混 凝 土 具 有 不 同收
如下 ：
ｆ ， ） （， ）／ ／ ）’ ＳＪ ）’ ， （Ｔ＝ｐ ， 。’ 。 Ｈ Ｊ ／ ）’ Ｍ ） ， （ｒ ＿ Ｏ）（ （ （ ／ ， （
ｌ（ｆ ＝ｔ ／ ． ５ ０ ８（ Ｔ。 （ ） （ ） ［６ ＋ ．３ —） ］ ｐ， ～ １０ ２ ｔ
｛（） ． 十 ． （／） ／Ｔ＝Ｏ ８ Ｏ ２７ｔ。 ７ ２ ’ （） １
大、 行车 平顺 性 好 、 缩缝 少 和养 护 简单 等优 点 ， 伸 已 成为 主要 的建设 桥 型之一 。 预应 力混凝 土连 续箱 梁
桥 的跨 径 未来发 展趋 势也 是不 断加 大 。 混凝 土结 构 出现 裂缝 或其 它缺 陷， 往是 由施 工质 量造成 的 ， 往 对
ｆ９ ６，Ｅ — Ｉ 列 模 型 ，Ｃ ２ ９模 型 ，Ｐ系 列 模 １ ８ ） Ｂ ＦＰ系 Ｃ Ａ Ｉ０ Ｂ 型，Ｚ模 型 和 Ｇ ２ ０ Ｇ Ｌ ０ ０模 型等 。本 文采 用杨 小 兵 等 改进 的模 型 。文献 里修 正 的模 型采 用 了 中国建 科 院模 ￣（９ ６模 型的 多系数 方 程表 达形 式 。以此 同 １８ ） 时 ， 采 用 了 Ｃ Ｂ ＦＰ １９ ） 型 的 混 凝 土 压 应 力 还 Ｅ — Ｉ （９ ０模
Ｃｆ ４Ｆ
该 桥 Ａ Ｓ Ｓ模 型按 １ｌ比例 建 立 ， 由 Ａ Ｄ ＮＹ ： 且 ＰＬ
（） ３
８
ｅ
△ｔ
文件 生 成 。本 文采用 ｓｌ ４ ｏ ｄ ５模拟 混凝 土材料 ， 且 ｉ 并
式 中： 等 效 应 变 ； 等 效 应 力 ； 对 温 度 ； ８为 Ｔ绝 为子 步结 束 时 间。
．
缩 徐变 值 的 问题 。 对于 大跨 度桥 ， 另外一 个 重要 的 问
题 是 如何 考 虑施 工 阶 段 的应 力 历史 。 文 应用 Ａ ． 本 Ｎ Ｓ Ｓ的杀 死 单 元 的方 法模 拟从 施 工 阶 段 到 成 桥 的 Ｙ 过程 ， 将产 生 的初 始应 力作 为初 始应 力状 态 。
１’Ｈ ：．—．Ｒ ｌ（ ） １８０７Ｈ Ｒ ， ２ ７
ｌ（ ／ ） ０ ７ ＋ ． （ ／ 。 ｖ Ｓ ＝ 、 ７ Ｉ ／Ｖ ） ｆ ６ ８ ｛（ ） （ ／ ） ｆＪ ＝３ ｌ ０
ｔ 凝 土 收缩计 算公 式如 下： 昆 ｛ｈ ，） ＇ Ｏｔ 。 ｅｉ （ ） Ｍ ） （ ， ｓ ｔ ＝ ｓ ，） （ － （ “ Ｓ ． ｄ） ｈ ， ， ）
凝 土 模 量 随 时 间 的 发 展 函数 如 下 ：
Ｅ Ｅ ・ １ ｅｐ 一 ．） （ｘ （．７ ）ｔ ＝ ｏ ｌ－ ｘ （ ０４ ・ｅｐ Ｏ３ ） ・ Ｊ
（） ６
式 中：。 混泥 土最 终 弹性模 量 ；为 龄期 。 Ｅ为 ｔ
２计 算 实例 与 结 果分 析
２１ＡＮ Ｙ ． Ｓ Ｓ模 型的建 立 某 桥 上部 结构 为ｆ１ ＋ ４ ４ １ ４ ８ ） ｑ ５ ． ９ ＋ ｘ ４ ＋ ７ ｎ 的一联 ４ 【
轴 向坐标
（ ｍ）
图 ２ Ａ ＹＳ仿 真计 算 的主梁挠 度 ＮＳ 图 ３ ａ 显示 了 Ａ Ｓ Ｓ和施工 监 控数 据之 间 的 （） ＮＹ 部 分 主 梁 标 高 结 果 比较 ， 图 ３ ｂ 显 示 了 Ａ Ｓ Ｓ 而 （） ＮＹ 和施 工 监 控 数 据 之 间 的梁 段 施 工 过程 引起 的挠 度 变 化结 果 比较 。 过 比较分析 ， 通 计算模 型 与实 际相符
次 抛物 线 变化 。箱 梁底 板 厚 由根 部 １ ． ｍ过渡 至跨 ０
较 好 。 是也 存在误 差 ， 主要 是 由于混凝 土材 料 的 但 这
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５３
钢 架结 构 的具体 构成 进行 设 定 。３ 对 模型 中的不 同 ）
本 例从 Ａ Ｓ Ｓ的分 析结果 中可 以知道 。 大应 ＮＹ 最
方 面 的研 究 已经取 得 了突破 性 的进 展 ［２ Ｎ ＹＳ １］ －。Ａ Ｓ 是进 行结 构有 限元 分 析 的有效 工具 ， 它有 着 大量 的
徐变 龄期换 算等 。 明显 ， 很 采用 的模 型综合 考虑 了各
种 因素， 易于 编程 实现 ， 凝 土徐 变 预测 方 程表 达 且 混
基 于 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ的大 跨度连 续刚构桥 施工阶段数 值仿真研 究
何 军拥 田承 宇 。 张 海波 ， ，
１ 广东工贸职业技术学院（ １５０ ２ ５０ １） 中国水利水电第八工程局科研设计院（１０７ ４０ ０ ） ３ 广州航海高等专科学校（ １ ３ ） ５０ ０ ３
摘 要 ： 较 全 面地 考 虑 了影 响 施 工 质 量 的 因素 ， 细讨 论 了基 于 Ａ ＹＳ有 限元 软 件 的 大跨 度 连 续 刚 比 详 ＮＳ 构 桥 的 施 工 阶段 的仿 真 计 算 方 法 ． 算 了某桥 各 施 工 阶段 的 挠 度 ， 计 并和 施 工 监控 实测 数 据 进 行 比较 ， 证 验
质， 而且其 影 响 因素复 杂 。 目前 ， 工程 界对 混 凝 土 的 徐 变分 析基 本采 用线 性徐 变 理论 ， 析方 法 和手 段 分 则 大多 采用专 业平 面杆 系程 序 。 此外 国外 许多 大型 有 限元 软件 虽然 功 能齐全 ， 但是 处 理复 杂。 些软 件 有 还 不能 计 人应 力历 史对 计算 结果 的影 响 ， 些无 疑 这 限制 了大 型 有 限元 软 件 在 混凝 土 徐 变 计算 中 的应 用。 如何 在大 型软件 中引入可 考虑 徐变 的材料 本构 关系 ， 如何 考虑 施 工过 程 中混凝 土结 构 应力 历 史 的 影 响， 以及如 何模 拟 材料 弹性 模量 随 时 间的 变化 ， 是 采 用 大型 软件 进行 徐 变分 析 的关 键 ． 些 学者 在 这 一