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几何参数对预应力波纹钢腹板箱梁桥受力性能的影响分析

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第42卷第3期 2016年9月 延边大学学报(自然科学版) Journal of Yanbian University(Natural Science) Vo1.42 No.3 Sep.2016 文章编号:1004-4353(2016)03—0246—06 几何参数对预应力波纹钢腹板箱梁桥 受力性能的影响分析 陈凌秀, 房贞政 (福州大学土木工程学院,福建福州350002) 摘要:对实际工程中某三跨波纹钢腹板体外预应力连续箱梁桥建立有限元模型,通过改变腹板参数,探讨几 何参数对桥梁整体受力性能的影响.分析表明,随着波纹钢腹板折叠角的增大,波纹钢板的抗弯刚度逐渐减 小,当折角在10。~4O。范围内变化时,波纹钢板的抗弯刚度变化最为明显;波纹钢腹板水平面板宽度b增大会 提高箱梁的抗弯刚度,但b值太大会影响波纹钢腹板的整体受力性能;增加波纹板的厚度能显著提高箱梁的 抗剪性能,并在一定程度上能够提高箱梁的抗弯刚度,但板厚增加到20 mm时,其对提高箱梁的抗剪性能和 抗弯性能的贡献逐渐趋小;波纹钢腹板的倾角不宜太大,宜小于25。. 关键词:几何参数;预应力波纹钢腹板箱梁;连续梁桥;受力性能 中图分类号:TU398 .9 文献标识码:A Effects of geometric parameters on mechanical characters of pre。。stressed box。。girder bridge with corrugated web CHEN Lingxiu, FANG Zhenzheng (College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China) Abstract:The finite element model of three—span pre-stressed box-girder continuous bridge with corrugated web are built tO respectively analyze the effects of geometric parameters on mechanical characters by changing the parameters of pre-stressed box-girder bridge with corrugated web.The results show that the increment of the angle of the corrugated plate can reduce the vertical stiffness of bridge,stiffness of bridge changes obvious— ly within the range of 10。一40。;if the value of the horizontal fold of the corrugated plate b is too large,it will weaken the corrugated plate’S whole property under the load;increasing the thickness of the corrugated web can significantly improve the shear performance and add to the stiffness of the box girders within certain range,but when it reached to 2O mm,the effect will be weaken;the angle of the web would be within 25。. Keywords:geometric parameters;pre—stressed box-girder bridge with corrugated web;continuous girder; mechanica1 characters 预应力波纹钢腹板箱梁桥是近年来出现的一 腹板连续箱梁桥腹板倾斜角度、波纹钢腹板形状 种新型组合结构桥梁.由于用波纹钢板替代混凝 土成为箱梁的腹板,能够减轻桥梁的自重,增加预 应力的导入效率,而且在建筑造型、结构性能和施 工上具有其独特的优点,因此该结构桥梁具有很 大的发展潜力 ].在此类桥梁中,预应力波纹钢 收稿日期:2016一O6一O7 等因素对箱梁受力性能的影响较大.文献E3—5]研 究了几何参数对波纹钢腹板箱梁桥挠度和扭转刚 度的影响,并未考虑体内预应力钢筋的影响.波纹 板几何参数的变化会改变波纹板的刚度,进而影 响桥梁预应力的导入作用,因此分析不同波纹板 作者简介:陈凌秀(1984一),女,讲师,研究方向为组合结构 第3期 陈凌秀,等:几何参数对预应力波纹钢腹板箱梁桥受力性能的影响分析 247 几何参数对桥梁整体受力性能的影响十分必要. 本文以三跨波纹钢腹板连续箱梁桥——日本 锅田高架桥为工程背景 ],采用大型结构通用分 析软件ANSYS建立全桥空间有限元模型,通过 波纹钢腹板段梁桥截面为单箱单室,箱梁截 面如图2所示.波纹钢腹板的形状如图3所示. 改变波纹板的几何参数,研究几何参数对波纹钢 腹板箱梁受力性能的影响. 1典型工程背景 图2锅田高架桥截面图 锅田高架桥全长1 763 m,由9跨、18跨、6跨 连续混凝土箱梁桥及其3跨连续波纹钢腹板组合 箱梁桥组成(47 m+91.5 m+47 m).混凝土箱梁 桥的各跨跨度在40.5~50.0 m范围内,波纹钢腹 板箱梁桥中间跨的跨度为91.5 m(如图1所示), 梁高为3.2 m,采用预应力波纹钢腹板箱梁截面, 并设置体外索. 虽] 单位:mm 图3锅田高架桥波纹钢腹板形状图 1.1单元选取与网格划分 有限元模型中混凝土顶、底板采用实体单元 模拟,波纹钢腹板采用壳体单元模拟,体内预应力 筋采用Link 8单元模拟,体外索采用Link10单 图1锅田高架桥立面布置图 元模拟.模型的单元材料特性见表1. 表1单元材料的特性 1.2 边界条件 有限元模型的边界约束条件为:中问固定铰 支承处,约束u 、 、Uz、Roty、Rotz向位移;两 端支承处,约束Ux、Uy、Roty、Rotz向位移.横向 为 轴,竖向为Y轴,纵向为z轴. 带有边界条件的全桥有限元模型如图4所 示.通过反复改变预应力波纹钢腹板箱梁的各个 参数值,建立多个有限元模型进行有限元分析;通 过反复改变单元的尺寸来检验、分析结果的收敛 性和有效性. 图4带有边界条件的全桥有限元静力分析模 型三维视图 通过ANSYS分析,得知锅田高架桥应力较 大的截面为跨中截面和支座处截面,因此本文在 参数分析时只考虑支座、跨中截面在自重和各自 2 波纹钢腹板形状对箱梁受力性能的影响 由图5可知,波纹钢腹板的形状系数包括水 平面板宽度b、斜向面板的水平投影长度d、折叠 角度a、波高 、斜向面板宽度f. 最不利荷载作用下的受力性能. 248 延边大学学报(自然科学版) 第42卷 b d b 图5波纹板的形状 2.1 波纹钢腹板折叠角对箱梁应力的影响 保持板厚t一20 miD_,水平面板宽b一340 mm,斜向面板宽c:226 mm不变,变化波纹钢腹 板的折角,折叠角a从15。变化到60。.表2和表3 列出了箱梁应力随波纹板折角变化的结果. 表2箱梁纵向弯曲应力随波纹板折角变化结果 表3箱梁剪应力随波纹板折角变化结果 由图6可以看出,随着折角的变大,跨中截面 处波纹钢腹板箱梁纵向弯曲应力逐渐增大,特别 是折角在1O。~40。范围内变化时最为明显.这表 明折角变大,波纹钢腹板箱梁的抗弯刚度有所降 低.而支座处箱梁顶的纵向弯曲应力却随折角的 增大而减小,其原因为折角变大,相当于减小了上 翼缘的宽度,提高了翼缘的局部刚度. 3O oO 日28 o0 皇 22 oO 20(x】 £18 oO 16oo 14o0 12oo 1Ooo 图6纵向弯曲应力随波纹钢腹板折角变化图 由图7可以看出,随着折叠角的变大,支座截 面处腹板的剪应力出现先减小后增大的变化,在 折角为45。时,达到最小值.而跨中截面处腹板的 剪应力随折角的变化不大,但也在折角为45。时, 达到最小值. 龟皇R 密 =含∞ ∞ ∞ ∞ 折角/( ) 图7腹板剪应力随波纹钢腹板折角变化图 2.2波纹钢腹板水平面板宽度对箱梁应力的影响 将波纹钢腹板水平面板宽度b从140 mm变 化到540 nq_rif,且保持波纹板的厚度t===20 mm和 折叠角a一45。不变.表4和表5分别列出了箱梁 纵向弯曲应力和剪应力随波纹板水平面板宽度变 化的结果. 表4箱梁纵向弯曲应力随波纹板水平面板宽度变化结果 表5箱梁剪应力随波纹板水平面板宽度变化结果 鲫 ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞ 第3期 陈凌秀,等:几何参数对预应力波纹钢腹板箱梁桥受力性能的影响分析 249 由图8和图9可以看出,波纹板水平面板宽 度b对支座截面受力的影响较大,但对跨中截面 几乎没有影响.其主要原因是在跨中截面处由于 体外索在此的偏心距最大,因此对结构产生的预 加力大,抵消了波纹钢腹板水平面板宽度变化对 桥梁受力的影响.随着波纹钢腹板水平面板宽度 b的增加,支座截面处的纵向弯曲应力和剪应力 都出现先减小后增大的变化,且宽度在340 mm 左右时达到最小值.这主要是因为在固定板厚和 折叠角值之后,随着板宽的增加,波纹板的抗弯刚 度逐渐增大,因此箱梁的纵向弯曲应力逐渐减小; 但板宽过大时,波纹板的受力整体性减弱,特别是 波纹钢腹板的抗扭刚度降低,使得箱梁的纵向弯 曲应力又逐渐增大:因此,在板厚和折叠角值固定 的情况下,水平面板宽度b有其最优的范围,不宜 太大. 重 星 水平面板宽/mm 图8纵向弯曲应力随水平面板宽度变化图 勰 量 泳 图9腹板剪应力随水平面板宽度变化图 2.3 波纹钢腹板厚度对箱梁应力的影响 保持其他参数不变,只变化波纹钢腹板的厚 度,以此通过计算箱梁桥的弯曲应力和腹板剪应 力,分析波纹钢腹板厚度对箱梁受力性能的影响, 表6和表7分别列出波纹钢腹板箱梁纵向弯曲应 力、剪应力随波纹腹板厚度变化的结果. 由图10和图11可以看出,梁桥的纵向弯曲 应力、剪应力均随着板厚的增大而逐渐减小,当板 厚在5~20 mm范围内变化时,箱梁的应力减小 幅度大,而当板厚大于20 mm时,应力减小幅度 不大.这说明增加波纹板的厚度能显著提高箱梁 的抗剪性能,并在一定程度上提高箱梁的抗弯刚 度,但当板厚大于20 mm时,增加板厚对提高箱 梁的抗剪、抗弯性能并不显著,因此设计时应结合 计算结果和经济性选择适宜的厚度. 表6箱梁纵向弯曲应力随波纹钢腹板厚度变化结果 有限元波纹板厚 中间支座处的 跨中截面纵向 模型t/mm 纵向弯曲应力/MPa弯曲应力/MPa CASI 1 26.51 CASE一2 22.89 CASE一3 21.7O CASE一4 2O.92 CASB一5 20.40 CASB一6 19.94 CASE一7 19.6O CASE一8 19.33 ∞ ∞ 表7箱梁剪应力随波纹腹板厚度变化结果 31 o0 ∞29o0 叟27O0 蠢 19oO 17o0 150o 图1O纵向弯曲应力随波纹板厚度变化图 185(x】 1700o 董;45o5.00o 毫} :器 嚣器 65o0 50o0 350o 20Oo 板厚/mm 图l1 剪应力随波纹板厚度变化图 加 25O 延边大学学报(自然科学版) 第42卷 3 波纹钢腹板倾斜角对箱梁受力性能的 影响 钢腹板倾斜放置形成梯形箱梁断面,这样可 以增大行车部分桥面的宽度,减小底板的宽度,在 不增加混凝土用量的前提下更容易适应使用要 求,也更美观.在实际桥梁设计中,腹板倾斜角度 的取值一般通过经验或工程类比来获得,具有很 大的随意性. 将波纹钢腹板与竖向倾斜角度 (图12)从0。 变化到4O。,在该过程中钢腹板顺时针旋转,底板 的宽度随之发生变化.表8和表9分别列出箱梁 纵向弯曲应力和箱梁剪应力随箱梁腹板倾斜角的 变化结果. 6 图l2波纹钢腹板混凝土截面图 表8箱梁纵向弯曲应力随箱梁腹板倾斜角的变化结果 有限元倾斜角 中间支座处的 跨中截面纵向 模型 0/(。)纵向弯曲应力/MPa弯曲应力/MPa CASB一1 0 17.76 22.35 CASE一2 5 17.65 23.O7 CASE一3 1O 17.56 23.86 CASE一4 15 17.47 24.73 CASE一5 2O 17.38 25.75 CASE一6 25 17.27 26.97 CASE一7 3O 17.10 28.43 CASE一8 35 17.36 29.38 CASE一9 40 l7.38 31.09 表9箱梁剪应力随箱梁腹板倾斜角的变化结果 从图13可以看出,箱梁跨中截面处的纵向弯 曲应力随着波纹钢腹板倾斜角的增大逐渐增大. 这是因为随着倾斜角的增大,箱梁的截面面积减 小,使得箱梁截面的抗弯刚度降低.而支座截面处 的箱梁纵向弯曲应力随着倾斜角的增大逐渐减 小,但变化并不明显. 31 oO 重 9.00 25Oo 23 O0 JF 21 0o 190o 17(x】 l5oO 图13箱梁纵向弯曲应力随腹板倾斜角变化图 从图14可以看出,随着波纹钢腹板倾斜角的 增大,支座截面处的剪应力和跨中截面处的剪应 力都逐渐减小,其中支座截面处的剪应力的减小 速率相对较大,特别是当倾斜角小于25。时,跨中 截面处的剪应力减小得并不明显.因此波纹钢腹 板的倾斜角不宜太大,小于25。较为适合.在实际 工程中,波纹钢腹板倾斜角的增大将减小底板的 宽度,从而减少混凝土的用量,降低造价,但这也 增大了施工的难度,因此工程设计时应综合考虑 静力、动力方面的因素,选择最适合的倾斜角度进 行施工. 重 瓣 倾斜角e/(。) 图14箱梁剪应力随腹板倾斜角变化图 4 结论 本文通过建立多个有限元模型,探讨了波纹 钢腹板的倾斜角度以及波纹钢腹板的形状等参数 对波纹钢腹板箱梁受力性能的影响.结果表明: 1)随着波纹钢腹板折叠角的增大,波纹钢板的抗 第3期 陈凌秀,等:几何参数对预应力波纹钢腹板箱梁桥受力性能的影响分析 251 弯刚度逐渐减小;折叠角在10。~40。范围内变化 时,波纹钢腹板的抗弯刚度变化最为明显.2)随着 波纹钢腹板水平面板宽度b的增加,箱梁的抗弯 参考文献: [1] 陈宝春,黄卿维.波形钢腹板PC箱梁桥应用综述 [J].公路,2005,7(7):45—53. I-2]李淑琴,万水,张长青.波形钢腹板设计与制造[M]. 北京:人民交通出版社,2011. 刚度逐渐增大;但当水平面板宽度b取值太大时, 箱梁的整体受力性能会受到影响,因此设计时应 -I3] 闫鹏.波形钢腹板PC组合弯箱梁桥力学性能研究 [D].西安:长安大学,2011. 根据波纹钢腹板的整体受力性能来选择最优的板 宽.3)增加波纹板的厚度能显著提高箱梁的抗剪 性能,并在一定程度上能够提高箱梁的抗弯刚度, 但板厚增加到20 mln时,其对提高箱梁的抗剪性 能和抗弯性能的贡献会逐渐趋小.4)支座截面处 的腹板剪应力随着倾斜角的增大逐渐减小,且倾 [43 Yang Xialin,Lin Minniu,Zhang Rongling.Study on web parameters of prestressed concrete compos ite box girder with corrugated steel web[J].Ad vanced Materials Research,2011:255-260,1087— 1O9lJ [5] 牛黎明.波形钢腹板PC组合箱梁桥腹板几何参数 研究[D].兰州:兰州交通大学,2010. 斜角小于25。时腹板剪应力减小得最为明显,而 [6] 许莉,房贞政,陈凌秀.几何参数对预应力波纹钢腹 板连续箱梁屈曲荷载的影响研究[J].华中师范大 学学报(自然科学版),2010,44(4):590 594. 跨中截面处的弯曲应力只是略有增加,因此波纹 钢腹板的倾斜角宜小于25。. J ^上.j止.SlL舢 S —Sl上—Sl上— —;lL.Sl上— .S . — 舢—;l上 .‘止—Sl上—址— L舢 .址.S .址舢 (上接第211页) ramoto S,Miyashita M,et a1.Tumor [9] Tanaka T,Shitargeting based on the effect of enhanced permeabil— ity and retention(EPR)and the mechanism of re synthesis by RAFT polymerization and character— ization[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry,2008,46:7556—7565. ceptor-mediated endocytosis(RME)[J].Int J Pharm,2004,277(1/2):39—6l_ .Amphiphi— [16] Zhu W P,Xie W H,Tong X W,et a1lie biodegradable poly(CI 一b—PEG b—CL)triblock copolymers prared by novel rare earth complex: [io] Zhang I F,Eisenberg A.Multiple morphologies of crew-cut aggregates of polystyrene-b-poly(acryli— synthesis and crystallization properties[J].Eur Polym J,2007,43(8):3522—3530.  S M,Hunter A C,Murray J C.Long— [17] Moghimicirculating and target—specific nanoparticles:theo cacid)block—copolymers[J].Science,1995。268 (5218):1728—1731. [1i] Yu K,Eisenberg A.Bilayer morphologies of self assembled crew—cut aggregates of amphiphilic PS ry to practice[J].Pharmacol Rev,2001,53(2): 283 318. b PEO diblock copolymers in solution[J].Macro— molecules,1998,31(11):3509—3518. senberg A,Liu F.Preparation and pH triggered in— [12] EiE18] Danhier F,I ecouturier N,Vroman B,et a1.Pa— clitaxel—loaded PE Gylated PI GA—based nanopar— version of vesicles from poly(acrylie Acid)—-hlock-pot—— ticles:in vitro and in vivo evaluation[J].J Control Release,2009,133(1):11—17. ystyrene-block-poly(4 vinyl Pyridine)[J].J Am Chem Soc,2003,125(49):15059—15064. c micelles for drug [13] Croy S R,Kwon G S.Polymeriopment of a new en— [19] JIN H J,LU J,WU X.Develzyme—responsive selfimmolative spacer conj ugate delivery[J].Current Pharmaceutical Design,2006, 12(36):4669-4684. applicable to the controlled drug release[J]. Bioorg Med Chem,2012,2O(11):3465-3469. relationship between Zeta potential [2O] Brouwcr P H.The and ionic demand and how it affects wet-end retention [14] Kataoka K,Harada A,Nagasaki Y.Block copoly— met micelles for drug delivery:design,character— ization and biological significance E J].Advanced Drug Delivery Reviews,2001,47(1):113-131. [J].Tappi Journal,1991,48(1):170—179. [21] 戴明华,王恩多,谢雍,等.青霉素酰化酶活性中心 的定点突变EJ].生物化学与生物物理学报,1999, 31(5):558—562. E15] Achilleos M,Legge T M,Perrier S.Poly(ethyl— ene glyco1)一based amphiphilic model conetworks: 

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