预应力混凝土槽形简支梁内力分析方法研究

1、预应力混凝土槽形简支梁内力分析方法研究摘要:首先采用传统的计算理论对某轻轨高架桥槽形简支梁的内力进展了手算.同时,还采用idasivil桥梁专用设计软件对槽形梁进展了电算,在对计算结果进展比拟的根底上,对传统设计理论的可靠性进展了剖析和评价,并对实际的工程设计提出合理化的建议.关键词:预应力混凝土;槽形梁;内力计算1工程简介某轻轨高架桥,设计区间总长为90,双线、线路中心线间距为3.6.车辆采用电力牵引、第三轨受力,设计最高行车速度为80k/h,轨距1425,轴重14t.采用60kg/钢轨、钢筋混凝土轨枕式整体道床,轨道建筑高度为55.拟采用330预制装配式预应力混凝土简支梁桥,采用等高度双线

2、整体式预应力混凝土槽形梁截面.桥墩采用T形墩,根底采用钻孔灌注桩.槽形梁是一种下承式受力构件,其传力途径为列车轮载作用于槽形梁底板,底板将荷载横向传至两侧纵向主梁.主梁内配有高强预应力钢筋,抵抗桥跨构造由外荷载产生的弯矩.槽形梁具有增加桥下净空、减少建筑高度、两侧主梁可提供隔音屏作用、缩短施工工期及降低使用期内的费用等优点.槽形梁的详细尺寸见图1.2一般计算方法2.1主梁内力计算对于主梁内力的计算,传统的方法是将主梁简化为一般的简支受力体系,采用构造力学的方法进展计算.(1)恒载内力:包括一期恒载(槽形梁自重)及二期恒载(65kN/)作用下的内力.计算简图如图2所示.(2)活载内力:列车活载按

3、6节车辆编组计算,重车和空车轴重分别为140kN和70kN.考虑到该轻轨为双线,根据?地铁设计标准?(GB501572022)1,双线时应按各线列车活载总和计算.故最不利加载情况为双线同时有重车通过.图3为跨中最大弯矩的计算图式,限于篇幅,其他不一一列出.主梁内力计算结果汇总于表1.2.2道床板内力计算道床板按单向板进展计算2-3,计算跨度B取两主梁腹板中线与道床板中面交点间的间隔 ,取1宽的板条进展计算.计算结果列于表2.转贴于论文联盟.ll.3电算分析方法以上计算主梁内力的传统方法,采用了相应的简化假设,实际上是在忽略主梁截面尺寸影响的前提下进展的.但实际上槽形梁是一个空间的构造,主梁截面

4、的不同局部之间有着互相的影响.而近年来得到广泛使用的idasivil设计软件,正是将主梁作为空间整体分析,可以充分反响桥梁构造的空间效应.为了做一比拟,同时检验传统计算结果的准确性,笔者采用idas设计软件对主梁内力进展了相应的计算.3.1槽形梁模型化由于槽形梁的主梁翼缘、腹板及道床板的厚度与梁体的外表尺寸相比小得多,可近似地将槽形梁视为空间折板的薄壳构造.为便于构造的模型化,首先根据以下原那么对截面进展换算:截面的主要外形尺寸及板厚均保持不变;主梁局部的中和轴位置根本不变;主梁腹板的截面面积及腹板中面的倾斜角保持不变;主梁上、下翼缘板的截面面积根本不变;主梁截面沿X和Y方向的惯性矩Ix和Iy

5、根本不变.据此,可将槽形梁在idas中建立有限元分析模型,其纵向划分15个单元,横向划分20个单元.为了保证模型符合实际构造,在两端还增加了端横梁单元.槽形梁采用四点支撑4,在模型中参加约束条件并定义荷载之后,即可进展内力分析.荷载的种类和大小与手算时一样,特别地,二期恒载按g2=65/8.98=7.24kN/2换算为面荷载进展加载.3.2电算结果分析由于荷载及构造的对称性,各种荷载作用下板单元的横向弯矩值可只取构造的一半进展观察.表3所列为荷载组合作用下各单元的横向弯矩值,图4为横向弯矩沿纵向的分布图.其它荷载情况未一一列出.4分析与比拟从电算的结果可看出,各板单元在竖向荷载作用下不仅会发生

6、双向弯曲和改变,而且由于共同工作还引起拉伸变形.而腹板处的板单元那么受法向应力、剪切和扭、弯共同作用,总的来说槽形梁比一般上承式梁的工作状态要复杂的多.对两种方法的计算结果比照分析后发现,它们之间存在一定的差异.无论哪种荷载情况,手算结果均比电算结果大,各种荷载作用下横向弯矩值沿梁长方向的变化趋势也不一样.总体而言,利用手算的结果进展配筋计算,是偏平安的处理方法.差异的主要原因在于以下几个方面:(1)在电算分析中,将构造作为一个整体,其结果是由共同作用产生的;而手算时那么不能很好地表达这种共同作用,故导致计算结果偏大.(2)在电算分析中,构造跨中局部的板单元受到的是相邻板单元的约束,而端部的板

7、单元受到的是支座与端横梁的约束,两种约束条件不同.这就使得荷载作用下,单元的弯矩值沿梁长的变化趋势在跨中与端部并不一样.(3)由于槽形梁实际上是一种梁、板组合的空间整体构造,而角隅局部又是梁、板的连接处,构造复杂.但由于软件本身的特点,使得电算对构造在角隅处的分析结果并不是太理想,从而也导致两种方法在角隅处的计算结果有出入.为保证电算中角隅局部的计算精度,应将角隅局部单独取出,作进一步的细局部析计算.5结论总结上述的分析结果可知,两种计算方法各有自己的优缺点.电算的关键在于建立一个与实际较为接近的模型;同时应采用多种软件进展计算分析和比拟.而手算的关键在于所根据的理论是否可靠,采用的设计计算方

8、法是否正确可行.由于槽形梁构造复杂,理论研究还不够成熟,而目前已建成的实例也较少.根据以上分析研究,给出以下几点建议:(1)手算所得主梁内力均偏大,应适当结合电算方法综合确定.(2)手算道床板内力时,沿梁全长均采用单位板宽的计算值,偏于平安,浪费材料.应该根据力的变化趋势进展配筋计算,从而到达减少钢材用量,降低本钱的目的.(3)今后,应在试验及理论方面加强对槽形梁角隅局部的研究.同时在设计计算中应加强角隅局部的设计,并进展相关的验算.参考文献:1GB501572022,地铁设计标准S.北京:中国铁道出版社,2022.2TB10002.399,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土构造设计标准S.北京:中国铁道出版社,1999.3黄剑源,谢旭.城市高架桥的构造理论与计算方法.北京:科学出版社,2001.4朱一凡,刘海凤.支座转动约束对连续梁内力的影响及显式表示J.青岛建筑工程学院学报,1998,19(3)