斜拉桥塔墩梁固结区域实体分析

斜拉桥塔墩梁固结区域实体分析

北京迈达斯技术有限公司

2010．02

通过实体仿真程序FEA进行计算。因为要计算整个塔墩梁固结区域，这里采用建立整桥模型，对塔墩梁区域按照图纸的详细构造进行建模，查看结果的时候只查看塔墩梁的区域的结果。

建立的FEA模型总共有个582702单元、172322节点。桥墩、临时墩、主梁、主塔用实体单元来模拟，斜拉索使用桁架单元来模拟。

建立的模型如下图：

图1 塔墩梁几何透视图

图2 塔墩梁有限元模型图

图3 全部模型正面图

图4 全部模型轴测图

图5 预应力布置图

按照以下组合分别查看计算结果：

组合一：自重+预应力+斜拉索

组合二：自重+预应力+斜拉索+人行道+绿化带+二期铺装

组合三：自重+预应力+斜拉索+人行道+绿化带+二期铺装+汽车荷载1（最大反力）组合四：自重+预应力+斜拉索+人行道+绿化带+二期铺装+汽车荷载2（最大弯矩）组合五：自重+预应力+斜拉索+人行道+绿化带+二期铺装+汽车荷载3（最大位移）最大反力对应的是civil程序计算的主墩反力最大时的汽车荷载布置形式，最大弯矩对应的是civil程序计算的主跨跨中弯矩最大时的汽车荷载布置形式，最大位移对应的是civil 程序计算的主塔塔顶位移最大时的汽车荷载布置形式。

一、组合一荷载作用下的结果

1、位移结果

图1.1 整体模型总位移图

在荷载组合一情况下，整个桥梁的最大位移发生在塔顶，最大位移达到22mm。

图1.3 组合一塔墩梁竖向位移图

通过以上图中可以看出，最大位移为22mm，主要发生在塔的顶端。

2、应力结果

因为我们主要关心的是塔墩梁固结处的计算结果，所以查看应力也只查看塔墩梁固结处的应力结果，如下图：

图1.4 组合一塔墩梁P1图

可以从上图中看出，第一主拉应力P1，大概有93%的区域应力在-1.01～1.99Mpa之间。

图1.5 塔墩梁标记图

上图的标记图标出了最大应力和最小应力的结果，最大应力达到23Mpa，最小应力是-1.01Mpa，这个应力主要发生在预应力钢筋通过的混凝土区域，属于预应力钢束引起的应力集中。

图1.6 塔墩梁主梁线上图

上图主要体现了主梁上缘的应力，整个主梁上缘的应力都小于1Mpa。

图1.7塔墩梁主塔线上图

塔上的应力按照线上图的形式给出，基本上主塔上的应力都小于1Mpa，大于1Mpa的值主要发生在拉索的张拉区。

图1.8主拉应力P1(高于1.83Mpa)

由于使用的是C50混凝土，而C50混凝土的设计拉应力为 1.83Mpa，设计压应力为22.4Mpa。因此我们可以使用等值面，只查看主拉应力高于1.83Mpa的值。从上图中看出，高于1.83Mpa的值主要发生在拉索张拉区和预应力钢束通过的区域的应力集中区，所以，这部分我们不予考虑。其他区域均小于1.83Mpa，所以满足要求。

图1.9组合一塔墩梁P3图

从上图中可以看到第三主压应力的结果，整个塔墩梁固结处有99%的区域的主压应力为-20Mpa～1.42Mpa之间。

图1.10 组合一塔墩梁P3标记图

从上面的标记图中可以看出，最大主压应力为-49Mpa，最小主压应力为1.42Mpa，而且均分布在预应力钢束通过的应力集中区域。

图1.11 塔墩梁P3主梁线上图

从以上的主梁上缘的线上图中可以看出，主压应力为-4.6Mpa，满足要求。

图1.12主塔P3线上图

图1.13塔墩梁固结P3图（低于-22.4Mpa）

在上图中我们把低于-22.4Mpa的区域显示出来，可以看出，整个模型只有很少一部分的主压应力超过了22.4Mpa，而且均集中在预应力钢束通过区域的应力集中区。

二、组合二荷载作用下的结果

1、位移结果

图2.1 整体模型总位移图

在荷载组合二的情况下，整个桥梁最大位移发生在跨中，竖向位移达到34mm。

2、应力结果

图2.4组合二塔墩梁P1图

可以从上图中看出，第一主拉应力P1，大概有93%的区域应力在-1.46～1.66Mpa之间。

图2.5 组合二塔墩梁标记图

上图的标记图标出了最大应力和最小应力的结果，最大应力达到23.5Mpa，最小应力是-1.46Mpa，这个应力主要发生在预应力钢筋通过的混凝土区域，属于预应力钢束引起的应力集中。

图2.6 塔墩梁主梁线上图

上图主要体现了主梁上缘的应力，整个主梁上缘的应力都小于1Mpa.

图2.7塔墩梁主塔线上图

塔上的应力按照线上图的形式给出，基本上主塔上的应力都小于1Mpa，大于1Mpa的值主要发生在拉索的张拉区。

图2.8主拉应力P1(高于1.83Mpa)

查看主拉应力高于1.83Mpa的值。从上图中看出，高于1.83Mpa的值主要发生在拉索张拉区和预应力钢束通过的区域的应力集中区，所以，这部分我们不予考虑。但是在这种荷载工况下，超过允许应力的地方还有主跨一侧的人洞附近，可以从变形情况上判断，这部分存在主拉应力超限。

图2.9组合二塔墩梁P3图

从上图中可以看到第三主压应力的结果，整个塔墩梁固结处有99%的区域的主压应力为-20Mpa～1.06Mpa之间。

图2.10 组合二塔墩梁P3标记图

从上面的标记图中可以看出，最大主压应力为-50.8Mpa，最小主压应力为1.06Mpa，而且均分布在预应力钢束通过的应力集中区域。

图2.11 塔墩梁P3主梁线上图

从以上的主梁上缘的线上图中可以看出，最大主压应力为-3.2Mpa，满足要求。

图2.12主塔P3线上图

图2.13塔墩梁固结P3图（低于-22.4Mpa）

在上图中我们把低于-22.4Mpa的区域显示出来，可以看出，整个模型只有很少一部分的主压应力超过了22.4Mpa，而且均集中在预应力钢束通过区域的应力集中区。

三、组合三荷载作用下的结果

1、位移结果

图3.1 整体模型总位移图

图3.2 整体模型竖向位移图

在荷载组合三的情况下，整个桥梁最大位移发生在跨中，竖向位移达到53mm。

图3.3 塔墩梁固结处位移图

2、应力结果

图3.4组合三塔墩梁P1图

可以从上图中看出，第一主拉应力P1，大概有85%的区域应力在-2.01～1.22Mpa之间，有10%的区域应力在1.22～2.83Mpa之间，可见在引起最大反力的汽车荷载作用下，塔墩梁的应力增大很多。

图3.5 组合三塔墩梁标记图

上图的标记图标出了最大应力和最小应力的结果，最大应力达到23.8Mpa，最小应力是-2.01Mpa，这个应力主要发生在预应力钢筋通过的混凝土区域，属于预应力钢束引起的应力集中。

图3.6 塔墩梁主梁线上图

上图主要体现了主梁上缘的应力，整个主梁上缘的应力已经达到了1.35Mpa，主拉应力增大了很多。