2013年6月下第42卷第12期
DOI:10. 7672/sgjs2013120017
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
混凝土箱梁结构力学特性分析与安全评价研究
张晓峰'，张景飞2，刘雪峰
（1.武警水电第二总队第五支队，江苏常州213031;2.郑州大学力学与工程科学学院，河南郑州450001）【摘要】为全面了解预应力箱架结构的非线性力学性能，基于大型非线性有限元软件MSC.MARC，建立预应力箱梁三维非线性有限元模型，混凝土采用六面体单元，钢筋采用truss杆单元，预应力通过钢筋单元的初始应力输人施加。模拟分析了预应力箱渠在集中荷载作用下的结构力学特性，并通过试验对计算结果进行验证，通过计算与试验结果对既有结构的安全性进行评价。
【关键词】混凝土；预应力混凝土箱架；有限元分析；力学特性
【中图分类号】U448.213
［文献标识码】A
【文章编号】1002-8498（2013)12-0017-04
MechanicalCharacterAnalysisandSafetyEvaluationofBoxGirder
Zhang Xiaofeng', Zhang Jingfei’, Liu Xuefeng'
(1. No.5 Detachment,No. 2 Hydropower Force of Armed Police, Changzhou, Jiangsu213031,China: 2. School of Mechanics & Engineering Science, Zhengzhou University, Zhengzhou, He'nan450001, China)
Abstract:To study the nonlinear mechanical character comprehensively of the prestressed concrete box girder, three-dimensional nonlinear finite element model of the girder was established by software MSC. MARC. The concrete model uses hexahedral 3-D entity unit, reinforced by MARC program dedicated truss modules. Primary pre-stressing values of pre-stressed reinforcements were imposed to the reinforced bar elements. The mechanical properties of the pre-stressed box girder under concentrated loads have been simulated. An experiment with same conditions has been carried to verify the calculation results. The calculated and experimental results were used to evaluate the safety of the existing structure. It provides a reference for the architectural design and analysis of pre-stressed concrete.
Key words:concrete; prestressed concrete box girder; finite element analysis; mechanical character
预应力混凝土箱梁具有稳定性好、外形美观等优点，在现代结构设计中得到广泛应用。桥梁结构由于设计、施工缺陷，以及环境、管理养护等的综合作用和影响，在运营过程中经常会导致桥梁结构产生局部损伤甚至出现病害，严重影响桥梁的正常使用。因此，在设计、建造、运营的每一个环节都需要对结构的力学特性有较为精确的把握，尤其是一些危险细部结构的受力。目前对于箱梁桥结构的设计理论，常见的设计方法是基于杆系的或平面的线弹性理论来分析预应力混凝土箱梁桥的内力、变形，并以极限状态法确定构件的承载能力、刚度和抗裂性，这类方法获得的结果与实际的结构受力有较大差别。然三维实体单元桥梁分析模型在建模方面较为复杂，而且计算工作量大，但随着计算
【作者简介】张晓峰，工程师，E-mailzxf721221@163.com
[收稿日期】2013-02-26 万方数据
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机计算能力的不断提升以及分析精细化的要求不断提高，三维实体桥梁分析将成为一种趋势。
本文采用非线性有限元软件MSC.MARC建立预应力混凝土箱梁三维实体有限元模型，通过整体式预应力筋模拟预应力筋的作用，研究预应力箱架在静载作用下的力学性能，并通过试验对计算结果进行验证，对结构的安全性作出评价。
工程概况 1
本文以南水北调中线一期工程总干渠鹤壁段某公路桥为研究对象，该桥桥身与总干渠斜交，桥轴线与总干渠中心线夹角为100°，桥梁全长75m，桥面总宽13.5m，荷载等级为公路-I级；人行桥桥面总宽3.1m，荷载等级为人群荷载。上部采用装配式预应力混凝土箱梁结构，中跨跨径35m，梁高 1.8m；边跨跨径20m，梁高1.2m。公路桥横向布置 2根中梁、2根边梁，梁间距3.4m，横向2根箱梁之间采用1m宽湿接缝形成刚性连接。人行桥横向布