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摘 要：预应力混凝土曲线箱梁在正常使用状态下易发生“弯扭耦合”作用。本文以两跨预应力混凝土单箱单室曲线箱梁桥为研究对象，对预应力作用下曲线梁的扭转性能进行有限元仿真分析，并给出混凝土曲线箱梁桥在预应力作用下的变形及截面应力分布特征。
关键词：预应力作用；混凝土曲线箱梁桥；弯扭耦合；有限元分析
引 言
近年来关于预应力混凝土曲线箱梁桥使用病害的相关报道不断出现，这是因为预应力混凝土曲线箱梁在正常使用状态下，易发生“弯扭耦合”作用，即同时产生弯曲和扭转变形，从而导致橡胶支座剪切变形过大、上部结构外移外翻、内侧支座脱空以及盖梁或固结墩裂缝等现象发生[1～4]。
针对预应力混凝土曲线梁的受力特点，本文应用有限元程序ADINA，对预应力效应影响下的混凝土曲线箱梁桥的扭转性能进行分析，并给出预应力混凝土曲线箱梁桥在“弯扭耦合”状态下的变形及截面应力分布。
1 工程概况
本文依托工程为两跨预应力混凝土单箱单室曲线箱梁桥，跨径布置为2×6000mm，梁高470mm，箱梁总体布置以及主要断面形式如图1和图2所示。其中，曲线梁靠近圆心的一侧称为“内侧”，远离圆心的一侧称为“外侧”。箱梁共设置6根预应力束，并对称布置于箱梁两腹板内，预应力钢束采用两端对称张拉。
2 有限元仿真分析模型
本文采用大型通用有限元软件ADINA对依托工程进行有限元仿真模拟，有限元模型如图3所示。其中，混凝土采用3-DSolid三维等参实体单元模拟；预应力钢筋和普通钢筋采用TRUSS桁架单元进行模拟，并采用约束方程与周围混凝土单元进行连接。
3 有限元结果分析
图4给出了预应力作用下，曲线预应力混凝土箱梁桥各控制截面（曲线梁跨中截面、1/4截面以及1/8截面）位移沿横桥向的分布情况。其中，规定曲线梁底（顶）板宽度方向以其最外侧为坐标原点，从外侧至内侧坐标依次增大。可见，各控制截面底板外侧上拱值均大于内侧上拱值，因此，在预应力作用下，混凝土曲线箱梁桥产生外翻现象。
图5～图8给出了预应力作用下，跨中及1/4截面顶底板的顺桥向正应力沿曲线箱梁横桥向的分布情况。其中应力符号压为“+”；拉为“-”。可见，箱梁截面顶底板顺桥向正应力沿横桥向的分布不均匀，截面剪力滞现象显著。箱梁各控制截面顶底板内、外侧其顺桥向正应力差别较大，且均为内侧顺桥向正应力大于外侧，截面存在明显的翘曲现象。其中，跨中截面顶板内、外侧顺桥向正应力最大相差51.5%，底板内、外侧顺桥向正应力最大相差16.2%；1/4截面顶板内、外侧顺桥向正应力最大相差15.4%，底板内、外侧顺桥向正应力最大相差11.1%。
图9和图10给出了预应力作用下，曲线梁跨中截面和1/4截面其腹板顺桥向正应力沿高度的分布情况。可见，曲线梁跨中截面和1/4截面其内、外腹板顺桥向正应力均为压，但预应力作用下曲线梁外翻的趋势产生向外的扭矩，因此内侧腹板顺桥向正应力绝对值均大于外侧腹板的顺桥向正应力绝对值。
图11～图14给出了预应力作用下，跨中和1/4截面顶、底板剪应力沿曲线梁横桥向的分布情况，图15和图16给出了预应力作用下，跨中和1/4截面腹板剪应力沿曲线梁高度方向的分布情况。可见，预应力作用对混凝土曲线箱梁桥截面剪应力的分布影响不大，各控制截面顶板、底板以及腹板的剪应力基本上关于其对称轴呈对称分布。
4 结 论
本文采用有限元软件ADINA，对预应力作用下混凝土曲线箱梁桥的扭转性能进行分析，主要结论如下：
（1）曲线梁各控制截面底板外侧上拱值均大于内侧上拱值，曲线梁产生外翻现象。
（2）箱梁截面顶底板顺桥向正应力沿横桥向的分布不均匀，截面剪力滞现象显著；箱梁各控制截面顶底板内、外侧其顺桥向正应力差别较大，且均为内侧顺桥向正应力大于外侧，截面存在明显的翘曲现象，并且以顶板跨中截面的翘曲现象最为显著，其内、外侧顺桥向正应力最大相差51.5%。
（3）由于曲线梁外翻趋势所产生得向外扭矩，其内侧腹板顺桥向正应力绝对值大于外侧腹板的顺桥向正应力绝对值。
（4）预应力作用对混凝土曲线箱梁桥截面剪应力的分布影响不大，各控制截面顶板、底板以及腹板的剪应力基本上关于其对称轴呈对称分布。
参考文献
[1]王钧利.曲线箱梁桥的病害分析及设计对策[J].中外公路，2005，25（4）：102～105.
[2]杨党旗，崔飞.独墩单铰支座曲线梁桥通病分析及治理[J].城市道桥与防洪，2003，3：35～38.
[3]高岩，柯在田.泥岗立交桥病害原因分析、加固及效果评定[J].中国铁道科学.2003，24（6）：74～78.
[4]杨党旗，华强.立交A匝道独柱曲线梁桥病害分析及加固[J].桥梁建设.2003（2）：58～61.
关键词：预应力作用；混凝土曲线箱梁桥；弯扭耦合；有限元分析
引 言
近年来关于预应力混凝土曲线箱梁桥使用病害的相关报道不断出现，这是因为预应力混凝土曲线箱梁在正常使用状态下，易发生“弯扭耦合”作用，即同时产生弯曲和扭转变形，从而导致橡胶支座剪切变形过大、上部结构外移外翻、内侧支座脱空以及盖梁或固结墩裂缝等现象发生[1～4]。
针对预应力混凝土曲线梁的受力特点，本文应用有限元程序ADINA，对预应力效应影响下的混凝土曲线箱梁桥的扭转性能进行分析，并给出预应力混凝土曲线箱梁桥在“弯扭耦合”状态下的变形及截面应力分布。
1 工程概况
本文依托工程为两跨预应力混凝土单箱单室曲线箱梁桥，跨径布置为2×6000mm，梁高470mm，箱梁总体布置以及主要断面形式如图1和图2所示。其中，曲线梁靠近圆心的一侧称为“内侧”，远离圆心的一侧称为“外侧”。箱梁共设置6根预应力束，并对称布置于箱梁两腹板内，预应力钢束采用两端对称张拉。
2 有限元仿真分析模型
本文采用大型通用有限元软件ADINA对依托工程进行有限元仿真模拟，有限元模型如图3所示。其中，混凝土采用3-DSolid三维等参实体单元模拟；预应力钢筋和普通钢筋采用TRUSS桁架单元进行模拟，并采用约束方程与周围混凝土单元进行连接。
3 有限元结果分析
图4给出了预应力作用下，曲线预应力混凝土箱梁桥各控制截面（曲线梁跨中截面、1/4截面以及1/8截面）位移沿横桥向的分布情况。其中，规定曲线梁底（顶）板宽度方向以其最外侧为坐标原点，从外侧至内侧坐标依次增大。可见，各控制截面底板外侧上拱值均大于内侧上拱值，因此，在预应力作用下，混凝土曲线箱梁桥产生外翻现象。
图5～图8给出了预应力作用下，跨中及1/4截面顶底板的顺桥向正应力沿曲线箱梁横桥向的分布情况。其中应力符号压为“+”；拉为“-”。可见，箱梁截面顶底板顺桥向正应力沿横桥向的分布不均匀，截面剪力滞现象显著。箱梁各控制截面顶底板内、外侧其顺桥向正应力差别较大，且均为内侧顺桥向正应力大于外侧，截面存在明显的翘曲现象。其中，跨中截面顶板内、外侧顺桥向正应力最大相差51.5%，底板内、外侧顺桥向正应力最大相差16.2%；1/4截面顶板内、外侧顺桥向正应力最大相差15.4%，底板内、外侧顺桥向正应力最大相差11.1%。
图9和图10给出了预应力作用下，曲线梁跨中截面和1/4截面其腹板顺桥向正应力沿高度的分布情况。可见，曲线梁跨中截面和1/4截面其内、外腹板顺桥向正应力均为压，但预应力作用下曲线梁外翻的趋势产生向外的扭矩，因此内侧腹板顺桥向正应力绝对值均大于外侧腹板的顺桥向正应力绝对值。
图11～图14给出了预应力作用下，跨中和1/4截面顶、底板剪应力沿曲线梁横桥向的分布情况，图15和图16给出了预应力作用下，跨中和1/4截面腹板剪应力沿曲线梁高度方向的分布情况。可见，预应力作用对混凝土曲线箱梁桥截面剪应力的分布影响不大，各控制截面顶板、底板以及腹板的剪应力基本上关于其对称轴呈对称分布。
4 结 论
本文采用有限元软件ADINA，对预应力作用下混凝土曲线箱梁桥的扭转性能进行分析，主要结论如下：
（1）曲线梁各控制截面底板外侧上拱值均大于内侧上拱值，曲线梁产生外翻现象。
（2）箱梁截面顶底板顺桥向正应力沿横桥向的分布不均匀，截面剪力滞现象显著；箱梁各控制截面顶底板内、外侧其顺桥向正应力差别较大，且均为内侧顺桥向正应力大于外侧，截面存在明显的翘曲现象，并且以顶板跨中截面的翘曲现象最为显著，其内、外侧顺桥向正应力最大相差51.5%。
（3）由于曲线梁外翻趋势所产生得向外扭矩，其内侧腹板顺桥向正应力绝对值大于外侧腹板的顺桥向正应力绝对值。
（4）预应力作用对混凝土曲线箱梁桥截面剪应力的分布影响不大，各控制截面顶板、底板以及腹板的剪应力基本上关于其对称轴呈对称分布。
参考文献
[1]王钧利.曲线箱梁桥的病害分析及设计对策[J].中外公路，2005，25（4）：102～105.
[2]杨党旗，崔飞.独墩单铰支座曲线梁桥通病分析及治理[J].城市道桥与防洪，2003，3：35～38.
[3]高岩，柯在田.泥岗立交桥病害原因分析、加固及效果评定[J].中国铁道科学.2003，24（6）：74～78.
[4]杨党旗，华强.立交A匝道独柱曲线梁桥病害分析及加固[J].桥梁建设.2003（2）：58～61.