马 鹃

体外预应力桥梁关键部位的局部应力较复杂,考虑到转向块、锚固块为应力、应变多变区域,即受扰区,确定体外预应力T梁桥的受扰区长度较难。本文对其关键部位进行分析,确定其受扰区长度。

1 转向块模型建立

转向块的构造形式一般有3种,即横隔板式、肋式和块式。本文依托工程白马垄桥为横隔板式转向块(见图1)。

先进行整体分析,将整体模型的边界力加载在局部模型的边界上,从而得到模型部分区域更加精确的数值解。取5 m节段进行分析,对该转向块采用子模型方法建模。该工程预留体外预应力钢管孔道内径为110 mm,面积为πR2=9503 mm2,锚下控制应力σ=1116 MPa。将该应力作为外力加在局部模型上。

混凝土是一种弹塑性材料,采用非线性应力—应变本构模型,并结合五参数强度准则,混凝土选用Solid65单元模拟,混凝土非线性应力—应变关系采用Hognested公式:

其中,ε0为峰值应变;σ0为应力峰值。

白马垄桥混凝土材料的基本参数为:立方体强度为45MPa;轴心抗压强度设计值fcd=20.5 MPa;轴心抗拉强度设计值 ftd=1.74 MPa;弹性模量 Ex=3.5×104MPa;泊松比 v=0.1667。

2 转向块应力分析

白马垄桥跨径为24 m+41 m+35 m的右幅桥,分析其中41 m桥跨转向块的受扰区长度。转向块中截面(转向块纵向对称面)对称向两侧每隔0.1 m取一截面,对比分析其截面应变随梁高的变化情况。T梁转向块子模型图见图2。

由转向块中截面开始,对称两侧0 m～0.6 m的范围内,相邻截面应变曲线变化较大。由转向块中截面开始,对称取0.7 m～2.5 m的范围内,相邻截面应变曲线变化较大。距转向块中截面2.5 m～3.5 m的范围内,相邻截面应变曲线变化情况大致相同,该区域应变变化较有规律。

故可得到41 m跨径转向块由中截面开始分别对称于两端2.5 m范围为结构的受扰区,故受扰区节段长度为5 m(包含0.6 m的转向块长度)。

针对梁高为2.3 m,跨径为41 m的体外预应力T梁桥,转向块受扰区长度约为梁高的1倍～2倍范围。

考虑到跨径对转向块受扰区长度有一定的影响,故对跨径30 m,40 m的体外预应力桥进行分析。

针对跨径为30 m的体外预应力T梁桥,分析转向块中截面向边跨对应每隔0.1 m取一截面,对比分析其截面应变随梁高的变化情况。由图3可知:由转向块中截面开始,0 m～1.6 m的范围内,相邻截面应变随梁高的曲线变化较大,2.5 m～5 m的范围内,相邻截面应变曲线大致相同,趋向于一直线变化。

故可得到30 m跨径转向块由中截面开始分别对称于两端1.6 m范围为结构的受扰区,故受扰区节段长度为3.2 m。

3 转向块受扰区长度确定

由上述分析可知:截面形式及外荷载作用一定时,转向块受扰区长度会受到跨径长度的影响。对于体外预应力T形截面梁,桥梁跨径在30 m～40 m范围内,梁高为2.3 m时,转向块受扰区长度可选3.2 m～5 m的长度。故上述分析可知:体外预应力T梁桥转向块的受扰区长度一般为1倍～2倍梁高。

4 锚固块模型的建立

对锚固块进行局部分析同理采用子模型方法,如图4所示。

5 锚固块应力分析

锚固块子模型的节段长度分析同样采用对比相邻截面的应变变化趋势进行分析。

分析35 m T梁桥锚固块处,由图5可知:距锚固块梁端截面0 m～2.3 m处相邻截面应变随梁高的变化曲线相差较大,该区域为受扰区。距转向块中截面2.3 m～2.6 m的范围内,相邻截面应变曲线变化情况大致相同,该区域应力应变变化较有规律。

故可得到41 m跨径锚固块由梁端截面开始2.3 m范围为结构的受扰区,而对应分析结构的梁高为2.3 m,故该桥锚固块的受扰区长度为一倍梁高。

同样考虑到跨径对锚固受扰区长度有一定的影响,故对跨径30 m,40 m的体外预应力桥进行分析。

针对跨径为30 m的体外预应力T梁桥,锚固块处对应每隔0.1 m取一截面,对比分析其截面应变随梁高的变化情况。由锚固块梁端截面开始,0 m～2.3 m的范围内,相邻截面应变曲线变化较大,3 m～5 m的范围内,相邻截面应变曲线大致相同,为一直线变化。

故可得到30 m跨径锚固块由梁端截面开始2.3 m范围为结构的受扰区,故受扰区节段长度为2.3 m。

针对跨径为40 m的体外预应力T梁桥,对应每隔0.1 m取一截面,对比分析其截面应变随梁高的变化情况。由锚固块梁端截面开始,0 m～3 m的范围内,相邻截面应变曲线变化较大,3 m～5 m的范围内,相邻截面应变曲线大致相同,为一直线变化。

故可得到40 m跨径锚固块由梁端截面开始3 m范围为结构的受扰区,故受扰区节段长度为3 m。

6 锚固块受扰区长度确定

由上述分析可知:桥梁跨径长度对体外预应力桥梁锚固区的受扰区长度有影响,但影响不大,对于工程体外预应力T梁桥锚固块的受扰区长度一般为一倍梁高。

7 结语

体外预应力T梁桥转向块的受扰区长度一般为1倍～2倍梁高。根据相邻截面的应变变化规律分析体外预应力T梁桥锚固块受扰区长度一般为一倍的梁高范围。

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