新型UHPC连续箱梁桥体外预应力锚固构造形式,关于免费连续论文范文在这里免费下载与阅读,为您的连续相关论文写作提供资料。
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摘 要：针对新型UHPC连续箱梁桥的结构特点及预应力体系布置,对其腹板处体外预应力下折索进行齿块锚固研究.对独立矩形齿块进行应力分析,揭示板厚对锚固区壁板外侧 “局部弯曲效应”的影响.通过拓扑优化分析构建出一个揭示齿块锚固区传力机理的简化平面杆系模型,提出两种齿块锚固区局部加强的方法.在此基础上,对UHPC箱梁桥的腹板体外预应力锚固齿块进行构造设计,对比6种不同锚固方案,分析横隔板、预应力筋齿块内转向和锚固长度对锚固区受力的影响,最终得出较为合理的体外预应力齿块锚固构造形式.
关键词：桥梁工程；构造形式；有限元分析；体外预应力锚固齿块；超高性能混凝土；薄壁箱梁
中图分类号：U448.21 文献标识码：A
文章编号：1674-2974（2016）03-0001-07
超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete, UHPC）具有高弹性模量、高抗压强度、高抗拉强度和良好的徐变特性等优点[1-5],已在工程实践中获得应用.作者团队提出一种超大跨径单向预应力连续箱梁桥新体系,即将超高性能混凝土、密集横隔板薄壁箱梁和部分体外预应力进行有机结合的结构,研究了400 m级连续箱梁桥结构的概念设计[6].由于箱梁板件较薄,该方案采用了部分体外预应力体系以满足受力和施工的要求.同时,由于UHPC具有优异的抗拉性能,在箱梁中设置了密集横隔板,可以取消横向和竖向预应力,将传统三向预应力结构体系转变为纵向单向预应力结构体系,从而降低施工难度,保证预应力施工质量.
传统混凝土梁桥体外预应力钢束主要集中在锚固横梁或厚实的横隔板上,较少锚固在齿块上[7].但UHPC梁桥由于壁厚较薄,在体内和体外混合配索中体外预应力索所占的比率较大,节段施工中有大量的体外预应力束锚固在腹板和顶、底板的齿块上.齿块对结构局部受力要求较高,对具体构造的要求也较复杂,虽然在普通混凝土体外预应力梁桥中已有应用,但由于新型UHPC箱梁结构壁板厚度的减小和结构形式的改变,其具体锚固构造形式有待进一步研究.
本文从构造相对简单的独立矩形齿块入手,通过有限元分析得出齿块锚固区拉应力分布特征,由传力路径的拓扑优化分析构造一个简化的平面杆系模型以揭示锚固区局部抗弯特点,并在此基础上提出两种齿块锚固区局部加强方法,最后针对带密集横隔板的UHPC薄壁箱梁结构提出一种可行的体外预应力齿块锚固形式.
1 独立矩形齿块的应力分布特征
1.1 拉应力的集中分布特征
对一简化的独立矩形齿块进行应力分析（见模型示意图1（a））,板厚为35 cm.利用通用有限元软件ANSYS进行弹性计算,采用 Solid95单元模拟锚固区混凝土,UHPC材料参数采用文献[6]中的试验值,弹性模量E取42.6 GPa,泊松比υ取0.2.在计算模型的锚前板端施加固定约束,横向两侧施加竖向约束.锚固集中力按19束预应力筋张拉力计算,荷载取为3 193 kN.锚固力等效为均布荷载施加在垫板范围内的节点上,按照理想弹性材料计算得到齿块锚固区的应力分布,对称截面主拉应力等值线见图1（b）.由拉应力等值线可知,集中力作用下的独立矩形齿块存在明显的拉应力集中现象,主要有4种局部作用效应,分别为：
1） 悬臂效应：齿块锚固面和壁板交界处的横向拉应力集中；
2） 锚后牵拉效应：锚后壁板内侧由纵向拉力和局部弯曲共同作用产生的纵向拉应力集中；
3） 锚下劈裂效应：锚下横向拉应力集中；
4） 局部弯曲效应：锚前处壁板外侧由于局部弯曲产生的拉应力集中.
1.2 壁板厚度对局部弯曲效应的影响
文献[8]中对普通混凝土齿块锚固区的应力分析中忽略了板外侧产生的“局部弯曲效应”,考虑到UHPC箱梁的壁厚减薄,对上述有限元模型采用不同的板厚计算壁板外侧最大主拉应力值,得到如图2所示曲线.
由图2可知,当板厚减小时,外侧最大主拉应力值急剧增加,板厚减小为20 cm时,主拉应力达到18.75 MPa,可见壁板抵抗“局部弯曲效应”的能力和板厚密切相关.当UHPC薄壁箱梁桥板厚减小为20 cm时,若直接采用独立矩形齿块进行体外预应力锚固,将对箱梁结构局部产生较大削弱,有必要采取相应措施减小壁板产生的“局部弯曲效应”.
2 体外预应力齿块锚固区局部加强方法
2.1 锚固区局部抗弯特征
通过拓扑优化分析,可以从连续体结构中剔除传力效率不高的部分,最终得到结构的主要荷载传递构架,能够较为直观地看出结构的传力特点.这里利用通用有限元软件ANSYS的拓扑优化模块对一简化的锚固模型进行连续体结构拓扑优化分析.基于ANSYS的结构拓扑优化采用变密度法[9],其基本思想为：定义取值范围为[0,1]的相对密度μ,将优化目标用相对密度μ的显性函数表示, 然后运用数学规划法或优化准则法求解.约束函数是在给定载荷和最小柔度情况下缩减结构体积的百分比.目标函数是在满足结构约束的条件下使整体的变形能最小,等效于整体的刚度最大.
简化模型如图3（a）所示,优化约束条件设置为缩减50%的体积,采用OC法（优化准则法）进行拓扑优化,相对密度在0.5～1的部分得以保留.在横向两侧有约束的情况下最优拓扑构形如图3（b）所示,优化后得到的拓扑构形在壁板的底部形成了两道“横肋式结构”.锚固纵向截面的拓扑密度分布及结构内部3个关键位置的拉压力平衡如图3（c）所示.在忽略板的局部抗弯能力情况下,由拓扑构形得到一个简化的平面杆系模型以揭示其偏心受压特点,如图3（d）所示.
2.2 锚固区局部加强的2种方法
由前文独立矩形齿块应力分析发现,薄板的局部抗弯能力较弱,而拓扑优化得到的简化模型（图3（d））忽略了板的局部抗弯能力,因此由公式（1）可知,为了减小偏心弯矩对结构的影响,在锚固力P和偏心距e一定时,可以增加锚固长度L或者提供一个和壁板垂直的力F.增加锚固长度L是较常采用的方法,现从提供和壁板垂直的分力F考虑,本文提出以下2种方法对齿块锚固区局部加强.
结论：关于对不知道怎么写连续论文范文课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文连续概念论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料下载。
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