基于有限元的简支梁加固受力分析的研究

摘要:旧桥加固技术的研究是为保证桥梁预期寿命内的正常运营。以桥梁工程、计算机科学、工程力学等理论为基础,在分析桥梁的结构特点的基础上,运用美国开发的ANSYS软件对简支桥梁加固的内力分析,并结合实际的工程进行了应用,为桥梁的加固计算提供了一条便捷的方法,完善了旧桥加固理论体系,使得公路旧桥加固技术更加系统化、规范化。

关键词:简支梁;加固;受力分析

0 引言

桥梁承载能力和通行能力是确保公路畅通的关键。随着公路运输量不断增长,公路桥梁的压力越来越大,桥梁发生老化、裂缝、破损等现象日益严重,承载能力明显下降。若将这些有严重病害的桥梁拆除重建,将耗费大量资金,且建设周期长。经验表明,桥梁加固费用约为新建桥梁费用的10%~20% 并且工期大为缩短[1]。为保证桥梁预期寿命内的正常运营,旧桥的加固技术研究具有重要得现实意义。

1937年德国工程师 Franz Dischinger,最早获取了结构施加体外预应力的专利;1952 年古巴建造了美洲的第一座体外预应力桥―Canas 河大桥[2]。1979年,美国的Jean Muller设计的Long key Bridge。1979年日本北陆高速公路大庆寺川桥等桥梁的修补[2]。国内上世纪80年代初,体外预应力技术开始用于公路桥梁的加固,收到了很好的经济和社会效益并写入了现行《混凝土结构加固技术规范》[3]。

1 计算

目前采用线弹性理论来分析结构的内力和应力,这种按规范的设计方法对梁、板等简单构是有效的,但对于复杂的构建缺乏相应的计算公式,不能给出正常使用载荷下结构的应变状态、力学状态和整个结构的可靠性等。而美国开发的ANSYS软件可以适应任何的结构的形式,对材料的力学性能也有很强的适应能力。

ANSYS软件是融结构、流体等分析于一体的大型通用有限元分析软件[4];利用ANSYS软件对桥梁进行强度与刚度分析时,需建立混凝土梁有限元模型,建模时既要如实反映桥梁实际结构的重要力学特性,又要尽量采用较少的单元和简单的单元形态,以保证较高的计算。

2 算例分析

2.1基础数据

某桥梁行车道宽度为10m,全桥每跨采用5根预制的钢筋混凝土T形梁,每根梁行车道板宽2.20m,沿主梁纵向布置5根横隔梁。图1为桥梁横断面布置及主梁一般构造图(单位:cm)。主梁预制长度:19.96m;桥面净宽:净10+2×0.5m护栏;设计荷载:公路-I级;材料:钢筋R235、HRB335;混凝土T形主梁(图2 主梁计算截面)、桥面铺装(防水)为C30;栏杆、人行道为C25。