三向预应力对长期下挠的影响分析

王 鼎

(长安大学公路学院)

三向预应力对长期下挠的影响分析

王 鼎

(长安大学公路学院)

近年来随着有限元技术的发展，对长期下挠的研究叫深入，但针对横向、竖向预应力对长期下挠的研究较少。利用有限元软件建模，分析了三向预应力对长期下挠的影响。

有限元;实体单元;三向预应力;长期下挠

1 引言

大跨径预应力混凝土梁桥具有跨径大、成本低、刚度强等优点，但是近年来大跨径预应力混凝土梁桥的一些长期问题开始逐渐显现出来。包括跨中长期持续下挠、梁体开裂等。其中跨中长期挠度过大现象最为普遍。

2000年左右，在我国以黄石大桥、虎门大桥等为代表的一系列跨径百米以上的连续刚构主跨持续下挠，并引起底板、腹板等裂缝;随后，一些百米左右跨径的连续梁、连续刚构桥中也出现类似的问题。主梁下挠趋势长期得不到稳定，梁体裂缝也不断发展，已严重影响大跨径混凝土梁桥使用安全，这都导致养护、加固费用大幅增加。主跨长期下挠量过大和梁体开裂问题已成为制约大跨径预应力混凝土梁桥使用的关键问题。

近年来随着有限元技术的发展，对长期下挠的研究较深入，但针对横向、竖向预应力对长期下挠的研究较少。三向预应力作用下的收缩徐变与泊松比有关，遵循混凝土的三维本构关系方程。计算所采用的MIDAS FEA三维有限元分析程序即在混凝土的三维本构关系方程基础上，考虑三向预应力对长期下挠的影响

2 背景桥梁介绍

某桥梁主桥上部结构为(85+3×160+85)m预应力混凝土连续刚构，引桥上部结构为40 m预应力混凝土连续箱梁，下部结构为空心墩及柱式墩、桩基础。桥面净宽:0.5 m(防护栏)+15.25 m(行车道)+2.0 m(中央分隔带)+15.25 m(行车道)+0.5 m(防护栏)。

3 有限元模型建立

使用MIDAS FEA有限元分析软件进行全桥实体建模，主梁按几何形状划分为边跨现浇段、合拢段、0#～20#块，采用实体单元模拟。全桥钢束包括纵向预应力束(顶班束、腹板束、底板束、合拢束)、竖向预应力束、横向预应力束。预应力束共6 991束，其中纵向预应力束504束，通过定义钢筋单元，施加钢筋预应力进行模拟。在墩梁固结的地方，由于分两次划分网格组，产生了节点不对应，这里使用了FEA中的对称粘结接触来模拟。

4 计算分析结果

为比较分析横向及竖向预应力对长期下挠的影响，将分析模型分为三种工况。

工况一:考虑纵向预应力束、竖向预应力束、横向预应力束。

工况一:考虑纵向预应力束、横向预应力束。

工况一:考虑纵向预应力束、竖向预应力束。

工况一:仅考虑纵向预应力束。

通过MIDAS FEA有限元模型分析计算，得到各施工阶段的竖向位移，如图1。本文仅以长期下挠量为研究对象，不考虑施工过程的挠度，认为此阶段挠度在施工过程中通过预抛高已消除。因此长期下挠量为十年收缩徐变后的竖向挠度与成桥阶段的竖向挠度的差值。

图1 十年收缩徐变后的竖向挠度云图

根据MIDAS FEA有限元模型分析结果，分别考虑四种工况，得到的十年收缩徐变后的长期下挠值如表1。

表1 各工况长期下挠量对比

计算结果表明横向和竖向预应力能够减小大跨径预应力混凝土梁桥跨中长期下挠量，使用梁单元计算预应力混凝土梁桥长期下挠的方法是不准确的，应在考虑三向预应力的基础上进行挠度折减。

5 结论

横向预应力、纵向预应力均对桥梁长期下挠问题有一定改善，但作用有限。同时施加三向预应力能够有效的减小长期下挠量，大跨度连续刚构在进行施工过程预抛高时应考虑三向预应力对长期下挠的影响，确保成桥线形的准确性。

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［4］赵宝俊.竖向预应力作用下箱梁腹板的受力机理研究［D］.长安大学，2012.

U442

C

1008－3383(2014)04－0143－01

2014－02－16

王鼎(1989－)，男，山东枣庄人，长安大学公路学院硕士研究生。