“Y”型板式桥墩帽梁分析计算.pdfVIP

《工程力学》增刊 1999年 ·18l- “Y”型 板式桥墩帽梁分析计算 张俊平 黄道沸 陈亚新 (广州市政设计研究院．广州51006‘I) ‘{#南建i殳学院．『I州510405) 提要 本文针对“Y”型板式桥墩设计中所存在的问题．采用ssAP通用软件中的块体有限元，分析 九袅类桥墩帽粱的使用三维应力分布．计算了帽梁的使用荷载裂缝，指出了现行‘桥规，的不足及其解决 途径。 关键词 “Y”型扳式桥墩，帽粱，裂缝宽度 1 引言 “Y”型板式桥墩具有结构轻巧、施]：方便、外形美观等特点，因而在城市桥梁特别是 高架桥的建设中较多采用。然而．此种“Y”型板式墩的帽粱受力较为复杂，常规分析亦即 将其视为变高度悬臂梁进行计算会产生一定的偏差，其帽梁在使用过程中往往出现横桥向 裂纹。由于板式桥墩帽梁梁高大、计算跨度小，其受力行为介于普通变高度梁与深粱之间， 受力比较复杂，以某大桥30多个板式桥墩为例，该类板式桥墩在使用过程中发现帽梁存在 规律性较强的横桥向裂缝，经实地量测，裂缝宽度在O．05～O，4mm之间，已不满足正常使 用要求．但按常规分析．裂缝尚在允许范同之内。为了准确的掌握其受力情况，我们选取 有代表性的板式桥墩，进行了深入的分析计算，在计算中，先按块体有限元计算出其在使 用荷载作用下的应力及分布情况，然后将此应力折算为内力(弯矩、轴力)，根据此内力 将其按受弯构件或拉弯构件进行裂缝宽度计算，以弄清帽梁开裂的原因、指导结构设计和 加固措施。 2分析计算 在分析计算中，采用Super—SAP通刚有限元分析程序，选择比较有代表性的板式桥墩 帽粱，根据板式桥墩帽粱实际尺寸，将其划分为964个六面体块体单元，为了较好解决计 算精度与计算机内存之间的矛盾，采用了8结点、33自由度六面体等参元，其中8个角点 有24个自由度，另9个为内部自由度。所谓内部自由度，是指仅与单个单元联系．并影响 单元的边界位移．在组集总体刚度矩阵前就将9个内部自由度凝聚以节省内存。具体来讲， J： 凝聚之前，8个结点的位移场为lI I苎， ， ， 々 l Hl‘{‘)u9+(1‘n‘)ulo+(1f)u1 “=乙Ⅳfu 张俊甲．努．196810出生．工学博士，副教授 ’l犯。 ‘工程力学)增刊 1999年 vJHl{2)v叭l川2)vlo吖1f)vll v=∑Ⅳj l l w=∑ⅣI嵋Hl毒‰+(1In2)、vl叭l‘2)wl l 对于该板式桥墩帽梁，在单元划分时，在帽粱与扳式墩相交处均按实际尺寸考虑了倒角， 以避免应力集中：同时，单元划分时三个方向尺寸应尽可能接近以防止结果病态．约柬情 况为桥墩在承台处完全固结，分析计算模掣见图l。荷载工况考虑两种最不利情况，其一为 全部恒载+汽车超20级偏载；其二为全部恒载+挂车120级偏载。 圈1 分析计算模型 3使用应力计算结果 根据上述情况．可算得帽粱、桥墩最不利横桥向正应力状况，其横桥向正应力的等应力线 分别示于图2～图5，需要指出的是：此处应力是指混凝土的名义应力，在板式墩范围内， 主应力方向基本上与横桥向正应力方向相同，同时，由于六面体应力较复杂，故分别给出 正视图、俯视图。