异形预应力混凝土连续箱梁配筋设计研究

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在现代化桥梁事业中,异形预应力混凝土连续箱梁的发展十分迅猛,尤其是在城市立交桥的建设中应用十分广泛。本文采用Midas Civil/FEA对异形预应力混凝土连续箱梁结构进行仿真分析,对其配筋设计进行研究,以期为同类工程的设计提供借鉴与参考。本文以北京通惠河桥Z4匝道与Z9匝道交汇处的异形预应力混凝土连续箱梁为研究背景,主要研究内容如下:(1)通过Midas Civil软件建立此箱梁结构的梁单元模型、板单元模型以及梁格模型,对其支反力、挠度、内力等结果进行对比分析,通过分析结果选取适合的模型类别,为后续的仿真分析奠定基础。(2)建立五种不同配筋方式的梁格整体模型,对几种模型的支座反力、挠度以及内力的数据进行对比,探究五种不同的配筋方式对异形连续箱梁整体力学行为的影响。(3)使用Midas FEA软件建立五种不同配筋方式的分叉处局部实体模型,通过对分叉处结构的应力数据进行对比,探究各种配筋方式对结构局部力学行为的影响。通过以上研究可以得到:(1)使用原设计方案的配筋方式,即整体配筋方式,施工方便,张拉及锚固次数少,钢束用量少,对人力以及物力的要求相对较低。(2)改变预应力筋的纵向配筋形式,与原设计方案相比,支座反力最大相差约5%;挠度最大相差约为3%;弯矩值最大相差约5%。与原设计方案相比,钢束预应力损失最大减小230 MPa。对分叉处局部而言,与原设计方案相比,拉应力最大减小0.17 MPa,压应力最大减小0.95 MPa。此种配筋方式工艺相对繁琐,但整体和局部受力情况均有一定改善,应力分布更加均匀,且预应力损失小于原方案。(3)改变钢束的横向位置,与原设计方案相比,支座反力最大相差约3%;挠度最大相差约0.4%~0.5%;弯矩值最大相差约1%~2%。对分叉处局部而言,与原设计方案相比,最大拉应力减小约6~8%,最大压应力减小约6~8%。改变预应力筋的横向位置,对支反力以及挠度的影响有限,但将使结构局部应力的分布发生改变,改善局部应力过大的情况。(4)改变钢束的张拉力,与原设计方案相比,支座反力最大相差约1%;挠度最大相差约0.5%;弯矩值最大相差约2%。对分叉处局部而言,与原设计方案相比,最大拉应力增大约8%,最大压应力增大约6%。通过上述比较,与原方案相比,建议预应力筋纵向配筋方式改为分段锚固,纵向钢束横向位置可适当向两侧移动,张拉力不宜变动。
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