【摘要】：長山大橋是目前國內(nèi)最大跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋,為更為準(zhǔn)確分析其成橋狀態(tài)下工作性狀,通過建立全橋三維精細(xì)化有限元數(shù)值模型,合理考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋和索力作用影響,針對(duì)自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力荷載以及車道荷載作用下結(jié)構(gòu)體系受力變形特性進(jìn)行了三維數(shù)值分析,得到一些有意義的結(jié)論,可為相關(guān)工程實(shí)踐提供參考。計(jì)算結(jié)果表明,在大型數(shù)值分析過程中需對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行精細(xì)化考慮,以真實(shí)反映索力與預(yù)應(yīng)力共同作用下的復(fù)雜工作受力變形狀態(tài)。
【圖文】：

部區(qū)域梁段長度３．０ｍ。主梁混凝土為Ｃ５５高性能混凝土。拉索的布置形式為線性，主梁拉索橫向間距２１．６ｍ，主梁上縱向索距為４ｍ，索塔上標(biāo)準(zhǔn)索距０．８ｍ。根據(jù)ＡＤＩＮＡ數(shù)值平臺(tái)提供的單元，從中選擇能滿足分析要求的單元類型，主塔和主梁選用８節(jié)點(diǎn)３－Ｄ實(shí)體單元［７］。針對(duì)斜拉索只受拉不受壓的特性，采用非線性的ｔｒｕｓｓ單元模擬斜拉索，材料由給定的單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線來描述，應(yīng)力～應(yīng)變曲線的參數(shù)根據(jù)斜拉索的彈性模量求得，用于斜拉索的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖１所示。預(yù)應(yīng)力鋼筋則采用線彈性ｔｒｕｓｓ單元模擬。大連長山大橋主梁混凝土中配筋復(fù)雜且數(shù)量龐大，若對(duì)普通鋼筋進(jìn)行完整建模，會(huì)大大增加計(jì)算消耗，因此需對(duì)鋼筋進(jìn)行一些合理的簡化［８］。圖１斜拉索應(yīng)力應(yīng)變～關(guān)系曲線簡化后的主梁的抗彎剛度與實(shí)際的鋼筋混凝土的抗彎剛度滿足下列關(guān)系式：ＥＩ＝ＥｓＩｓ＋ＥｃＩｃ（１）式中：Ｅ為簡化后模型的彈性模量；Ｅｓ和Ｅｃ分別為鋼筋和混凝土的彈性模量。因長山大橋?yàn)樗憾展探Y(jié)體系，薄壁墩和主塔建模時(shí)采用單元耦合處理，以保證主梁和主塔的整體性。長山大橋全橋數(shù)值模型如圖２所示。圖２全橋有限元數(shù)值模型數(shù)值模型中采用分離式鋼筋模型，具體通過ｔｒｕｓｓ單元選項(xiàng)中的Ｕｓｅａｓｒｅｂａｒ功能實(shí)現(xiàn)。其中，Ｒｅｂａｒ單元預(yù)應(yīng)力的施加方法則采用初應(yīng)變法，通過進(jìn)一步考慮應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系由初應(yīng)力計(jì)算得出所需初應(yīng)變。初應(yīng)變法概念清晰、計(jì)算簡單，能很好模擬大連長山大橋預(yù)應(yīng)力初應(yīng)力施加過程。本文數(shù)值模型中主梁的橫向、豎向和縱向預(yù)應(yīng)力筋均采用上述初應(yīng)變法模擬。具體初應(yīng)

其他附屬設(shè)施按９ｋＮ／ｍ計(jì)［９］，則換算成面積分布力４．１７ｋＮ／ｍ２。主梁撓度的產(chǎn)生主要是由于橋梁自重和靜活載兩部分作用所引起，依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》規(guī)定，主梁作為受彎構(gòu)件需驗(yàn)算其在靜活載作用下的變形是否滿足限值要求。而對(duì)于橋梁自重導(dǎo)致的豎向撓度為長期變形，，需采用設(shè)置預(yù)拱度來加以消除［１２］。為了分析預(yù)應(yīng)力荷載對(duì)結(jié)構(gòu)位移的影響，本文分別對(duì)有預(yù)應(yīng)力鋼筋和無預(yù)應(yīng)力鋼筋兩種三維模型進(jìn)行計(jì)算。主梁在是否考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋兩種情況下，其中跨半跨的位移比較如圖３所示。由圖３可見，在不考慮預(yù)應(yīng)力作用影響情況下，所計(jì)算橋面位移，最大位移發(fā)生在中跨某斜拉索作用處，最大幅值水平為０．０３３４ｍ。而在考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋情況下，主梁起拱，由于中跨合龍段底板鋼束比較多，使得跨中部分拱起，主梁的最大位移發(fā)生在中跨的跨中，最大幅值水平為０．１２９１ｍ，符合規(guī)范關(guān)于預(yù)拱度的限值要求。由上述分析結(jié)果可知，在考慮預(yù)應(yīng)力荷載作用下所計(jì)算的結(jié)構(gòu)主梁位移更符合實(shí)際的情況。圖３主梁中跨半跨位移變化主塔在是否考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋作用兩種情況下的順橋向位移比較如圖４所示。由圖４可見，在不考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋影響時(shí)，主塔基本保持豎直，此時(shí)主梁亦基本保持水平，且由于邊跨側(cè)和中跨側(cè)斜拉索索力不等，導(dǎo)致主塔稍向邊跨側(cè)偏移。在主梁考慮有預(yù)應(yīng)力鋼筋作用時(shí)，主塔發(fā)生較大傾斜，最大順橋向位移發(fā)生在塔根位置，最大幅值水平為０．０１６ｍ。由于局部結(jié)構(gòu)為塔梁墩固結(jié)體系，索塔根部順橋向位移對(duì)應(yīng)，這亦與圖５所示主墩在自重與二期恒載作用下墩頂順橋向位移幅值水平和位置相一致。圖４主塔順橋向位移隨高度變化圖５主墩縱橋向

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