大悬臂展翅箱梁桥受力分析

摘要：本文以横琴二桥南引桥为工程背景，运用ANSYS建立有限元模型，并与实际测试数据对比，分析大悬臂展翅箱梁桥横向受力特性，可为类似桥型的设计提供参考。

Abstract： In this paper， taking the south bridge of Hengqin Ⅱ Bridge as the engineering background， the finite element model is established by using ANSYS， and compared with the actual test data. The transverse force characteristics of the cantilever wing box girder bridge are analyzed， which can provide reference for similar bridge design.

关键词：大悬臂展翅箱梁；有限元；受力特性

Key words： large cantilever wing box girder；finite element；stress characteristics

中图分类号：U441+.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）14-0098-02

0 引言

随着城市桥梁建设的飞速发展，箱形截面以其良好的受力特性以及在城市桥梁领域已得到了广泛应用[1]。现代的桥梁建设为了满足日益增长的交通量，桥梁车道数越多，桥梁横向宽度越来越大。对于箱梁梁桥常见的形式有单箱多室，多箱单室，多箱多室等。本工程采用单箱多室大悬臂展翅箱梁，大悬臂展翅箱梁桥整体结构造型优美，并且能较好的与现代化城市相协调；上部采用大悬臂箱梁结构可提供较多行车道，满足日益增长的交通量；下部结构可以采用各类造型优美的桥墩，使桥梁既美观又实用[2]。本文以横琴二桥南引桥为研究对象，通过理论计算和实测数据进行对比，对其横向受力进行分析[3]。

1 工程背景

横琴二桥标准梁宽33.5m，双向6车道，采用大悬臂展翅分层现浇箱梁，悬臂长达8m，桥跨42m，箱梁高2.5m，箱梁顶宽33.50m，底板宽17.50m，箱梁顶板底板均厚0.25m，在支点附近局部加厚，以适应结构受力需要，挑梁端部沿纵向设小纵梁，小纵梁高45cm，宽80cm，以增强箱梁翼缘的抗扭作用，挑梁间下缘弧形板采用椭圆曲线，全联弧形板曲线线形一致，板厚和挑梁下翼缘相同，厚20cm[2]。建成后效果图如图1所示。

2 实桥测试

横琴二桥南引桥采用满堂支架现浇施工，但由于其分段施工的体积比较大，属于大体积混凝土，为了降低大块混凝土的水化热，横琴二桥南引桥采用分层分段浇筑混凝土，箱梁分两层浇筑。对横琴二桥南引桥4×42m一联进行应力测试，在截面关键位置布置应力测试点，对大悬臂预应力混凝土箱梁桥的应力分布进行测量。测点布置图2、图3所示。

实桥测试采用埋入式正弦鞲衅骱驼程振弦式传感器测量箱梁结构的应变。采用采集仪器将应变自动转换应力。振弦传感器具有较强的抗干扰能力和稳定性，适用各类工作环境，在工程中广泛运用。但传感器精度也受一些因素影响，如自身的自造精度，环境的温度影响以及在使用中对传感器的运用保管不当。这些都会影响传感器测试的精度，应引起注意，计算误差。

3 有限元模型

选取横琴二桥南引桥4×42m的一联用ANSYS有限元软件建立模型，采用ANSYS中的solid65单元模拟混凝土，link8单元模拟预应力钢筋。先建立几何体结构，划分单元，再将预应力钢筋和混凝土拟合。为了提高计算结果的精度，模型采用精细网格单元，且理论计算模型与实测桥梁有相同的情况相同约束条件及受力。因为横琴二桥南引桥采用的分层分段现浇，所以建模也采用相同的施工过程分析，提取相应工况的结果数据。有限元模型如图4所示。

4 理论计算与实测结果对比分析

本文通过建立横琴二桥南引桥有限元模型，提取与实测截面对应测点的应力。对比由图5和图6所示。从图5和图6可以看出理论计算和实测结果比较接近，误差在10%左右。说明ANSYS有限元软件可以较好的模拟结构受力。

5 横向受力分析

大悬臂展翅预应力混凝土连续箱梁桥，由于其悬臂较长，结构横向相应明显。在做设计时，不仅要配纵向力筋，还要配置一定数量的横向力筋满足结构受力。横向预应力筋是用以保证桥梁的横向整体性、桥面板及横隔板横向抗力的主要受力钢筋[4]。本文将以横琴二桥南引桥为依托工程，分析该桥在横向预应力钢筋作用下的受力分布规律。

将模型按配置和不配置横向预应力分别计算分析，取结构的第1跨跨中，2号墩进行变形和应力对比分析。对比结果如图7-图10。从这4个图中可以看出南引桥的横向变形和应力在布置和不布置横向预应力钢筋具有相同的变化趋势，横向变形都是悬臂端部变形最大，根部变形最小。横向应力分布，悬臂根部较端部大特别是支座处。但从图7-图8可以看出结构在布置了横向预应力的情况下能较好的改善结构变形，最大减小达80%。从图9-图10 应力分布可以看出，结构在布置横向预应力钢筋可以较好减小结构的应力特别是跨中截面，墩顶截面应力最大减小36.5%。跨中截面应力最大减小71%。

6 结论

本文以横琴二桥南引桥为工程背景，采用大型通用有限元软件ANSYS建立有限元实体模型，根据相应的施工工况提取相应的数据结果与实测结果对比分析。并通过建立的实体模型分析其空间受力特性。通过分析得出以下结论：①ANSYS有限元软件可以较好分析结构空间受力；②对于大悬臂结构，横向预应力可以较好的约束结构变形及减小结构应力。

参考文献：

[1]沈桂平.预应力混凝土弧形底宽箱粱受力及构造特点研究[J].中国市政工程，2007（S1）：56-59.

[2]肖金梅.横隔板对大悬臂展翅箱梁横向受力的影响分析[J].广东公路交通，2016.

[3]陆光闾，曹中银，徐科英，等.城市高架弧形底宽箱梁桥横向效应分析[J].中国市政工程，2004（4）：17-23.

[4]郑建新.大悬臂弧线底板城市高架箱梁桥空间受力性能研究[D].中南大学，2010.