节段施工桥梁收缩徐变效应仿真计算.docx

第 09 卷第 5 期中 国 水 运Vol.9No.52009 年5 月China Water TransportMay2009节段施工桥梁收缩徐变效应仿真计算赵顺吾（新疆交通厅公路工程质量监督站，新疆 乌鲁木齐 830000）摘 要：以野三河特大桥施工过程仿真计算为背景，结合 ANSYS 的单元生死功能，采用单元等效增量荷载法，利 用 APDL 进行二次开发，实现了节段施工桥梁收缩徐变效应的仿真计算，具有一定的参考意义。 关键词：收缩徐变；单元等效增量荷载；节段施工；单元生死中图分类号：U442文献标识码：A文章编号：1006-7973（2009）05-0192-03一、前言混凝土的时变特性—徐变、收缩在施工过程能引起较大[1]得式（2）????i?1 ??j ????????????????i???????????????????????????????的变形和内力重分布。在悬臂浇注施工时，混凝土龄期短， 徐变效应更加显著。即对于节段施工的桥粱，收缩徐变分析??i ??1??i? ti ,ti 1 ??Ej?1 E??ti ,tj 1/2???ti 1,tj 1/2???sh ti ??sh ti 1 ?必须正确地考虑节段在不同时间的加载值和各节段不同混凝????i ?i ?1 ???j? ? ? ??i ijsh,i（2）土龄期的影响。 如今广泛应用于桥梁结构计算分析的专用有限元程序，Ej ?1E??iE可以进行收缩徐变效应的分析，但结构的弹性分析和收缩徐 变分析是捆绑进行，一次完成，对于实际施工操作中施工参 数的变化没有较好的适应性，不易修改。本文以沪蓉西高速式中 E??i ?弹性模量1? ?i ?? ?ti , ti?1???????E 为按龄期调整的有效?i野三河大桥为工程背景，用 ANSYS 有限元软件建立施工过 程全桥模型，编制 APDL 参数化语言，采用单元等效增量荷 载法模拟混凝土收缩徐变效应，即将前面所有阶段荷载增量 的影响转变为等效增量荷载施加于当前阶段的有限元模式 中，再修改单元的弹性模量，然后进行有限元模型的计算， 直接求出考虑了收缩徐变影响后的结构总反应。二、单元等效增量荷载法计算混凝土收缩徐变的原理?ij ? ? ?ti ,t j ?1/ 2 ? ? ? ?ti ?1 , t j ?1/ 2 ?式（2）即为在第 i 个时间段的单元应力——应变增量关 系表达式，是结构收缩徐变分析的基本方程。对于第 i 阶段，可知单元内任—截面上的应力增量和应 变增量关系为：i??首先我们将混凝土收缩徐变的时间分为如图 1 所示的时 间段：??i ??E???i ???i ????sh,i（3） i?1 ???jE式中 ?i ???j?1?i?i?ij 为截面在第 i 阶段的初应变则截面的内力增量与应变增量关系（忽略收缩对曲率及 剪应变的影响）为：?Ni ? E? i ???i ? ?i ? ?? sh,i ?G??i A?Q ?????i ????i ???E??i A???2 ?1?????i ????i ?（4）图 1 单元的应力-时间段划分根据徐变的应力应变关系可知在常应力?????0 ??作用下，在 t 时刻引起的徐变应变为：i?Mi ??E??i I ????i ???i ?根据位移法原理，令 ??i =0，???i =0 及 ???i =0，得到截???t ?????????0 ?????t,???cE0（1）面处的约束内力： E??i?1 ?? ?i?1 则由式（1），并运用积分中值定理并经相应简化可推导?N ? ?E A?? ???? ? ?E A? j ?? ????????????N ????E A??i?iish,i? i ??j?1ijsh,i ??j?1i ij?ish,i??i?收稿日期：2009-04-10作者简介：赵顺吾（1981-），男，新疆交通厅公路工程质量监督站。第5期赵顺吾：节段施工桥梁收缩徐变效应仿真计算193E A?Q ???i?i?1 ????Q ??? （5）nlgeom， on!打开大变形开关i2?1?????i?j?1j i ijOUTPR， all， ALL i?1 nropt， full， ， on!设定牛顿i??ii?j i ij一拉普森选项?M ??E I?????M ??? j ?1sfcum，pres，add，1，1，式（5）中的 ?N j??i ?ij 、?Qj??i ?ij 和 ?M j??i ?ij 即为单元等效增量荷载如图 2。将各单元的等效增量荷载进行叠加， 再叠加上当前第 i 阶段结构的结点增量荷载和单元内增量分 布载，组集成结构总荷载增量，