某渡槽輔助墩加固有限元仿真分析
發(fā)布時間：2021-11-13 19:44
以某渡槽為工程背景,建立輔助墩加固的空間實體有限元模型,考慮混凝土的材料非線性,對渡槽加固前后的各施工階段進行受力分析,同時對比分析了不同頂升力大小對加固效果的影響。通過計算分析,可以得到如下結論:（1）采用輔助墩加固法可以顯著降低渡槽的結構應力、變形以及裂縫寬度;（2）渡槽加固過程中采用適宜的頂升力可以增強加固效果;（3）頂升力由零逐漸增大,渡槽加固后的豎向位移先減小后增大,渡槽頂升后和加固后的主拉應力最大值同樣呈現先減小后增大的變化趨勢;（4）頂升力不宜過大,過大的頂升力容易造成渡槽跨中截面及其附近截面的上緣開裂,加固施工前需要對頂升力進行對比計算分析。
【文章來源】：人民珠江. 2020,41(11)
【文章頁數】：7 頁
【部分圖文】：
第一施工階段受力分析
圖4 第一施工階段受力分析由圖4a可以看出,加固前渡槽的水平位移最大值為4.15 mm,出現在渡槽梁端位置的上緣。由圖4b可以看出,加固前渡槽的豎向位移最大值為57.05 mm,出現在渡槽的跨中位置。由圖4c和4d可以看出,加固前渡槽的主拉應力最大值為2.01 MPa,已經達到C30混凝土的抗拉強度標準值,出現在渡槽跨中位置附近的底板,同時可以看出渡槽底板有較大的拉應力區(qū),橫系梁與渡槽側壁的角隅位置拉應力同樣較大;主壓應力最大值為8.35 MPa,出現在支座位置。通過查詢渡槽加固前的裂縫結果發(fā)現:裂縫主要出現在渡槽跨中位置的底板及兩側,裂縫主要沿橫橋向方向,其裂縫寬度最大值達到0.028 mm。同時查詢鋼筋的受力結果發(fā)現:鋼筋的最大拉應力為90.89 MPa,最大壓應力為153.62 MPa,距離鋼筋的屈服應力較遠。
有限元分析采用Midas FEA細部分析有限元軟件,首先建立渡槽的幾何模型,然后劃分有限元網格,混凝土劃分為實體單元,鋼筋劃分為程序內置的鋼筋單元,不考慮鋼筋的滑移,建立的有限元模型[13-14]見圖2,單元共計509 920個。邊界上將渡槽的梁端支座采用只受壓的點彈簧模擬,設置區(qū)域尺寸為0.28 m×1.1 m;輔助墩的墩底采用一般約束的固結模擬;輔助墩與渡槽的連接采用只受壓的彈性連接模擬,彈性剛度設置為一個較大值10E7 kN/m。荷載上考慮結構自重、水壓力和頂升力。水壓力簡單的考慮為靜水壓力,水深為0.6 m,水面正好到達橫系梁的底部。施加于渡槽內部側面的側壓力以不同深度按照P側=γ水h進行計算,P側為側向水壓力,γ水為水的容重,h為側面位置到水面的距離;施加于渡槽內部底面的豎向水壓力按照不同位置對應水柱的重力進行計算,即按照P豎=γ水H進行計算,P豎為豎向水壓力,H為水柱的高度,即渡槽底面不同位置的水深。具體頂升施工時采用多點頂升以分配過大的頂升力帶來的應力集中,至少分配到4個角點位置進行頂升,同時在每個頂升位置盡量采取措施(比如在頂升位置墊多層厚鋼板[15-16],逐步擴大面積直到與渡槽底部接觸時有足夠大的接觸面)均勻分配頂升力,避免頂升位置豎向應力過大造成頂升位置的混凝土破壞。計算分析時,頂升力采用面壓力模擬,頂升力為150 kN,施加面壓力的區(qū)域尺寸為0.4 m×1.1 m。計算中采用彌散裂縫模型中的總應變裂縫模型考慮渡槽混凝土的材料非線性,裂縫的方向設置為轉動,即裂縫方向隨著主應變的方向變化。定義混凝土的總應變裂縫模型需要定義混凝土的受壓模型和受拉模型,受拉模型定義為常數函數,受壓模型定義為Thorenfeldt函數,見圖3。圖中σ為應力,ε為應變,ft為混凝土抗拉強度標準值,fp為混凝土抗壓強度標準值,當混凝土的主拉應力超過混凝土的抗拉強度標準值時混凝土結構即出現裂縫。輔助墩主要承受壓力而混凝土的抗壓能力較強,故而不考慮輔助墩混凝土的材料非線性,將輔助墩的混凝土本構設置為弾性模型。鋼筋的抗拉強度較高且渡槽的配筋量較大,故而不考慮鋼筋的材料非線性,將其本構模型同樣設置為弾性模型。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于有限單元法的閘基防滲墻防滲效果分析[J]. 劉健,付成華,王興華,穆宵梟,劉慶彬. 人民珠江. 2020(03)
[2]渡槽的病害與加固方法綜述[J]. 唐衛(wèi)國,唐楊,田俊國. 長江工程職業(yè)技術學院學報. 2019(04)
[3]基于碳纖維貼片方式的渡槽加固技術研究[J]. 黃文理. 水科學與工程技術. 2018(06)
[4]在役鋼筋混凝土渡槽安全評價與病害處理[J]. 尚峰,祝彥知,糾永志. 水利水電技術. 2018(12)
[5]橋梁頂升維修與加固技術應用[J]. 李輝. 科學技術創(chuàng)新. 2018(05)
[6]80m跨拱式高架U型薄殼渡槽施工技術[J]. 彭偉文,汪永劍. 人民珠江. 2017(10)
[7]基于ANSYS的輸水隧洞圍巖及襯砌結構有限元分析[J]. 張榮坤. 人民珠江. 2017(02)
[8]某空心板梁橋整體頂升加固方案分析[J]. 樊文才,張元文. 現代交通技術. 2017(01)
[9]高墩大跨連續(xù)剛構渡槽技術在貴州峽谷山區(qū)的應用[J]. 徐江,向國興,羅代明,蒙進. 人民珠江. 2016(02)
[10]頂升技術在城市橋梁加固中的應用[J]. 王智慧,孫廣龍. 特種結構. 2015(06)
碩士論文
[1]連續(xù)剛構橋頂升過程仿真分析[D]. 李剛.長安大學 2009
本文編號：3493604
【文章來源】：人民珠江. 2020,41(11)
【文章頁數】：7 頁
【部分圖文】：
第一施工階段受力分析
圖4 第一施工階段受力分析由圖4a可以看出,加固前渡槽的水平位移最大值為4.15 mm,出現在渡槽梁端位置的上緣。由圖4b可以看出,加固前渡槽的豎向位移最大值為57.05 mm,出現在渡槽的跨中位置。由圖4c和4d可以看出,加固前渡槽的主拉應力最大值為2.01 MPa,已經達到C30混凝土的抗拉強度標準值,出現在渡槽跨中位置附近的底板,同時可以看出渡槽底板有較大的拉應力區(qū),橫系梁與渡槽側壁的角隅位置拉應力同樣較大;主壓應力最大值為8.35 MPa,出現在支座位置。通過查詢渡槽加固前的裂縫結果發(fā)現:裂縫主要出現在渡槽跨中位置的底板及兩側,裂縫主要沿橫橋向方向,其裂縫寬度最大值達到0.028 mm。同時查詢鋼筋的受力結果發(fā)現:鋼筋的最大拉應力為90.89 MPa,最大壓應力為153.62 MPa,距離鋼筋的屈服應力較遠。
有限元分析采用Midas FEA細部分析有限元軟件,首先建立渡槽的幾何模型,然后劃分有限元網格,混凝土劃分為實體單元,鋼筋劃分為程序內置的鋼筋單元,不考慮鋼筋的滑移,建立的有限元模型[13-14]見圖2,單元共計509 920個。邊界上將渡槽的梁端支座采用只受壓的點彈簧模擬,設置區(qū)域尺寸為0.28 m×1.1 m;輔助墩的墩底采用一般約束的固結模擬;輔助墩與渡槽的連接采用只受壓的彈性連接模擬,彈性剛度設置為一個較大值10E7 kN/m。荷載上考慮結構自重、水壓力和頂升力。水壓力簡單的考慮為靜水壓力,水深為0.6 m,水面正好到達橫系梁的底部。施加于渡槽內部側面的側壓力以不同深度按照P側=γ水h進行計算,P側為側向水壓力,γ水為水的容重,h為側面位置到水面的距離;施加于渡槽內部底面的豎向水壓力按照不同位置對應水柱的重力進行計算,即按照P豎=γ水H進行計算,P豎為豎向水壓力,H為水柱的高度,即渡槽底面不同位置的水深。具體頂升施工時采用多點頂升以分配過大的頂升力帶來的應力集中,至少分配到4個角點位置進行頂升,同時在每個頂升位置盡量采取措施(比如在頂升位置墊多層厚鋼板[15-16],逐步擴大面積直到與渡槽底部接觸時有足夠大的接觸面)均勻分配頂升力,避免頂升位置豎向應力過大造成頂升位置的混凝土破壞。計算分析時,頂升力采用面壓力模擬,頂升力為150 kN,施加面壓力的區(qū)域尺寸為0.4 m×1.1 m。計算中采用彌散裂縫模型中的總應變裂縫模型考慮渡槽混凝土的材料非線性,裂縫的方向設置為轉動,即裂縫方向隨著主應變的方向變化。定義混凝土的總應變裂縫模型需要定義混凝土的受壓模型和受拉模型,受拉模型定義為常數函數,受壓模型定義為Thorenfeldt函數,見圖3。圖中σ為應力,ε為應變,ft為混凝土抗拉強度標準值,fp為混凝土抗壓強度標準值,當混凝土的主拉應力超過混凝土的抗拉強度標準值時混凝土結構即出現裂縫。輔助墩主要承受壓力而混凝土的抗壓能力較強,故而不考慮輔助墩混凝土的材料非線性,將輔助墩的混凝土本構設置為弾性模型。鋼筋的抗拉強度較高且渡槽的配筋量較大,故而不考慮鋼筋的材料非線性,將其本構模型同樣設置為弾性模型。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于有限單元法的閘基防滲墻防滲效果分析[J]. 劉健,付成華,王興華,穆宵梟,劉慶彬. 人民珠江. 2020(03)
[2]渡槽的病害與加固方法綜述[J]. 唐衛(wèi)國,唐楊,田俊國. 長江工程職業(yè)技術學院學報. 2019(04)
[3]基于碳纖維貼片方式的渡槽加固技術研究[J]. 黃文理. 水科學與工程技術. 2018(06)
[4]在役鋼筋混凝土渡槽安全評價與病害處理[J]. 尚峰,祝彥知,糾永志. 水利水電技術. 2018(12)
[5]橋梁頂升維修與加固技術應用[J]. 李輝. 科學技術創(chuàng)新. 2018(05)
[6]80m跨拱式高架U型薄殼渡槽施工技術[J]. 彭偉文,汪永劍. 人民珠江. 2017(10)
[7]基于ANSYS的輸水隧洞圍巖及襯砌結構有限元分析[J]. 張榮坤. 人民珠江. 2017(02)
[8]某空心板梁橋整體頂升加固方案分析[J]. 樊文才,張元文. 現代交通技術. 2017(01)
[9]高墩大跨連續(xù)剛構渡槽技術在貴州峽谷山區(qū)的應用[J]. 徐江,向國興,羅代明,蒙進. 人民珠江. 2016(02)
[10]頂升技術在城市橋梁加固中的應用[J]. 王智慧,孫廣龍. 特種結構. 2015(06)
碩士論文
[1]連續(xù)剛構橋頂升過程仿真分析[D]. 李剛.長安大學 2009
本文編號：3493604
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