混凝土箱梁力学性能的有限元分析

洪学娣

摘要： 应用ANSYS工程结构软件即有限元软件分别用梁单元和壳单元对混凝土连续曲线箱梁进行建模，在自重和车荷载的公共作用下进行受力分析，得到结构的变形图、位移和应力图等，之后将得到的结果进行对比，我们可以得到通过这两种不同单元建立的模型均是正确的，模型的强度和刚度均满足理论要求。

Abstract： The finite element software ANSYS is used to model the concrete continuous curved box girder with beam element and shell element. The mechanical analysis of the concrete box girder under the common action of self-weight and vehicle load is carried out to obtain the deformation diagram， displacement and stress maps， etc. After comparing the results obtained， we can get the model established by these two different units are correct， and the model's strength and stiffness meet the theoretical requirements.

關键词： 箱梁；曲线；有限元

Key words： box girder；curve；finite element

中图分类号：U441 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0114-02

0 引言

时代在进步，科学在发展，随着现在科技的高速发展，城市与城市之间修建越来越多的交通设施，高速公路在飞速的进步和拓展，其施工的工艺越来越完善。近年来，我国修建了许多高速公路，例如京沪高速、京哈高速、京港澳高速等等。目前也有很多正在修建中高速公路，修建高速公路已经是时代潮流。箱型梁能有效的抵抗正负弯矩，适应性非常强；截面抗扭刚度大，结构在施工和使用过程中具有良好的稳定性；其截面的抗扭刚度大，能很好的抵抗扭矩；截面的箱型设置，可以减轻结构自重，节约材料，减少工程投资等。箱型梁由于其自身的特点和优势被越来越多的工程所采用，箱型梁也被国内外很多的学者研究，得出了很多对工程设计和施工非常有用的结论，相信在不久的将来，箱型梁肯定会被越来越多的工程单位所采用，应用到各种公路桥梁的施工中，对我们生活的影响也会越来越大。箱型截面具有良好的结构受力性能，所以在现代工程施工中得到了广泛的应用，其上下底面混凝土用量所占比重很大，可有效抵抗由于受力弯曲产生的正负弯矩，同时满足配筋的要求，防止其受力过大而破坏；整体中的各个部分同时受力，并且箱型截面节约材料，经济适用；箱型截面较之其它形式的截面抗弯抗扭的刚度大，稳定性更强；可应用于修建各类的曲线桥，应用性更广泛。

随着现在经济的快速发展，混凝土连续曲线箱梁桥在现在的工程施工中占据越来越重要的地位。箱型梁截面由于其特殊的构造和良好的受力性能使得其在工程中被广泛的应用。所以对于箱型梁截面的受力分析得到了国内外许多学者的关注和重视，为了适合我们国家目前的现状，应该加大曲线弯梁桥的建设和投入，无论是在设计理论上、外形的美观上、施工工艺上、结构构造的合理性等方面，我们都要追上时代的脚步，在技术上提高到一个更高的层面上。本文以混凝土连续曲线箱梁桥的空间受力分析为起点，利用ANSYS工程结构软件建立不同单元但是模型一致的曲线箱型梁桥，进而进行其在自重和车荷载共同作用下的空间受力分析和讨论。

1 工程概况

某全桥总长157.08m，一共三跨，两边跨为47.124m，中跨为62.832m。曲率半径为200m，圆周角为45度，在自重和偏心车荷载共同作用下共同受力。梁横截面为单箱单式型，利用ANSYS软件建立梁单元和壳单元相同模型，谈论两种模型受力和模型均相同时各种内力和位移的区别。图1、图2是桥梁的横截面图和线形图。

2 非线性有限元模型分析

2.1 梁单元建模

采用beam185建立箱梁模型，如图3所示。

2.2 壳单元建模

参用shell单元建立模型，如图4所示。

3 变形图的对比分析

通过对比变形图5、图6，我们从图中得到利用梁单元和壳单元建立完全相同的模型进行受力分析，对于梁单元其建模受力分析后得到的最大挠度为2.477mm，而对于壳单元则是3.598mm。差距很小，且在毫米数量级，虽然从图中看感觉挠度很大，已经超过了我们所能最大承受的挠度，但这是由于显示的问题，其挠度属于安全的范围之内。

4 结论

箱型梁主要受长期荷载和短期荷载的作用，长期荷载的作用值一般是不变化的，且结构一般是对称受力，但也有特殊情况，所以综合考虑长期荷载的效果，其可以看作是偏心作用。短期作用基本上可以看作是偏心作用。箱型梁在偏心荷载的作用下，既产生弯曲也产生扭转。所以箱型梁所受到的外力可以看作是偏心的。本文结合真实的工程施工实例，利用ANSYS软件进行混凝土连续曲线箱型梁空间受力的模拟仿真，利用梁和壳两种不同单元，建立模型、约束、荷载均相同的曲线箱型梁模型。通过比较这两种单元的变形图，分析其变形情况，可为相关工程提供借鉴。

参考文献：

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