某渡槽辅助墩加固有限元仿真分析
发布时间：2021-11-13 19:44
以某渡槽为工程背景,建立辅助墩加固的空间实体有限元模型,考虑混凝土的材料非线性,对渡槽加固前后的各施工阶段进行受力分析,同时对比分析了不同顶升力大小对加固效果的影响。通过计算分析,可以得到如下结论:（1）采用辅助墩加固法可以显著降低渡槽的结构应力、变形以及裂缝宽度;（2）渡槽加固过程中采用适宜的顶升力可以增强加固效果;（3）顶升力由零逐渐增大,渡槽加固后的竖向位移先减小后增大,渡槽顶升后和加固后的主拉应力最大值同样呈现先减小后增大的变化趋势;（4）顶升力不宜过大,过大的顶升力容易造成渡槽跨中截面及其附近截面的上缘开裂,加固施工前需要对顶升力进行对比计算分析。
【文章来源】：人民珠江. 2020,41(11)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
第一施工阶段受力分析
图4 第一施工阶段受力分析由图4a可以看出,加固前渡槽的水平位移最大值为4.15 mm,出现在渡槽梁端位置的上缘。由图4b可以看出,加固前渡槽的竖向位移最大值为57.05 mm,出现在渡槽的跨中位置。由图4c和4d可以看出,加固前渡槽的主拉应力最大值为2.01 MPa,已经达到C30混凝土的抗拉强度标准值,出现在渡槽跨中位置附近的底板,同时可以看出渡槽底板有较大的拉应力区,横系梁与渡槽侧壁的角隅位置拉应力同样较大;主压应力最大值为8.35 MPa,出现在支座位置。通过查询渡槽加固前的裂缝结果发现:裂缝主要出现在渡槽跨中位置的底板及两侧,裂缝主要沿横桥向方向,其裂缝宽度最大值达到0.028 mm。同时查询钢筋的受力结果发现:钢筋的最大拉应力为90.89 MPa,最大压应力为153.62 MPa,距离钢筋的屈服应力较远。
有限元分析采用Midas FEA细部分析有限元软件,首先建立渡槽的几何模型,然后划分有限元网格,混凝土划分为实体单元,钢筋划分为程序内置的钢筋单元,不考虑钢筋的滑移,建立的有限元模型[13-14]见图2,单元共计509 920个。边界上将渡槽的梁端支座采用只受压的点弹簧模拟,设置区域尺寸为0.28 m×1.1 m;辅助墩的墩底采用一般约束的固结模拟;辅助墩与渡槽的连接采用只受压的弹性连接模拟,弹性刚度设置为一个较大值10E7 kN/m。荷载上考虑结构自重、水压力和顶升力。水压力简单的考虑为静水压力,水深为0.6 m,水面正好到达横系梁的底部。施加于渡槽内部侧面的侧压力以不同深度按照P侧=γ水h进行计算,P侧为侧向水压力,γ水为水的容重,h为侧面位置到水面的距离;施加于渡槽内部底面的竖向水压力按照不同位置对应水柱的重力进行计算,即按照P竖=γ水H进行计算,P竖为竖向水压力,H为水柱的高度,即渡槽底面不同位置的水深。具体顶升施工时采用多点顶升以分配过大的顶升力带来的应力集中,至少分配到4个角点位置进行顶升,同时在每个顶升位置尽量采取措施(比如在顶升位置垫多层厚钢板[15-16],逐步扩大面积直到与渡槽底部接触时有足够大的接触面)均匀分配顶升力,避免顶升位置竖向应力过大造成顶升位置的混凝土破坏。计算分析时,顶升力采用面压力模拟,顶升力为150 kN,施加面压力的区域尺寸为0.4 m×1.1 m。计算中采用弥散裂缝模型中的总应变裂缝模型考虑渡槽混凝土的材料非线性,裂缝的方向设置为转动,即裂缝方向随着主应变的方向变化。定义混凝土的总应变裂缝模型需要定义混凝土的受压模型和受拉模型,受拉模型定义为常数函数,受压模型定义为Thorenfeldt函数,见图3。图中σ为应力,ε为应变,ft为混凝土抗拉强度标准值,fp为混凝土抗压强度标准值,当混凝土的主拉应力超过混凝土的抗拉强度标准值时混凝土结构即出现裂缝。辅助墩主要承受压力而混凝土的抗压能力较强,故而不考虑辅助墩混凝土的材料非线性,将辅助墩的混凝土本构设置为弾性模型。钢筋的抗拉强度较高且渡槽的配筋量较大,故而不考虑钢筋的材料非线性,将其本构模型同样设置为弾性模型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限单元法的闸基防渗墙防渗效果分析[J]. 刘健,付成华,王兴华,穆宵枭,刘庆彬. 人民珠江. 2020(03)
[2]渡槽的病害与加固方法综述[J]. 唐卫国,唐杨,田俊国. 长江工程职业技术学院学报. 2019(04)
[3]基于碳纤维贴片方式的渡槽加固技术研究[J]. 黄文理. 水科学与工程技术. 2018(06)
[4]在役钢筋混凝土渡槽安全评价与病害处理[J]. 尚峰,祝彦知,纠永志. 水利水电技术. 2018(12)
[5]桥梁顶升维修与加固技术应用[J]. 李辉. 科学技术创新. 2018(05)
[6]80m跨拱式高架U型薄壳渡槽施工技术[J]. 彭伟文,汪永剑. 人民珠江. 2017(10)
[7]基于ANSYS的输水隧洞围岩及衬砌结构有限元分析[J]. 张荣坤. 人民珠江. 2017(02)
[8]某空心板梁桥整体顶升加固方案分析[J]. 樊文才,张元文. 现代交通技术. 2017(01)
[9]高墩大跨连续刚构渡槽技术在贵州峡谷山区的应用[J]. 徐江,向国兴,罗代明,蒙进. 人民珠江. 2016(02)
[10]顶升技术在城市桥梁加固中的应用[J]. 王智慧,孙广龙. 特种结构. 2015(06)
硕士论文
[1]连续刚构桥顶升过程仿真分析[D]. 李刚.长安大学 2009
本文编号：3493604
【文章来源】：人民珠江. 2020,41(11)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
第一施工阶段受力分析
图4 第一施工阶段受力分析由图4a可以看出,加固前渡槽的水平位移最大值为4.15 mm,出现在渡槽梁端位置的上缘。由图4b可以看出,加固前渡槽的竖向位移最大值为57.05 mm,出现在渡槽的跨中位置。由图4c和4d可以看出,加固前渡槽的主拉应力最大值为2.01 MPa,已经达到C30混凝土的抗拉强度标准值,出现在渡槽跨中位置附近的底板,同时可以看出渡槽底板有较大的拉应力区,横系梁与渡槽侧壁的角隅位置拉应力同样较大;主压应力最大值为8.35 MPa,出现在支座位置。通过查询渡槽加固前的裂缝结果发现:裂缝主要出现在渡槽跨中位置的底板及两侧,裂缝主要沿横桥向方向,其裂缝宽度最大值达到0.028 mm。同时查询钢筋的受力结果发现:钢筋的最大拉应力为90.89 MPa,最大压应力为153.62 MPa,距离钢筋的屈服应力较远。
有限元分析采用Midas FEA细部分析有限元软件,首先建立渡槽的几何模型,然后划分有限元网格,混凝土划分为实体单元,钢筋划分为程序内置的钢筋单元,不考虑钢筋的滑移,建立的有限元模型[13-14]见图2,单元共计509 920个。边界上将渡槽的梁端支座采用只受压的点弹簧模拟,设置区域尺寸为0.28 m×1.1 m;辅助墩的墩底采用一般约束的固结模拟;辅助墩与渡槽的连接采用只受压的弹性连接模拟,弹性刚度设置为一个较大值10E7 kN/m。荷载上考虑结构自重、水压力和顶升力。水压力简单的考虑为静水压力,水深为0.6 m,水面正好到达横系梁的底部。施加于渡槽内部侧面的侧压力以不同深度按照P侧=γ水h进行计算,P侧为侧向水压力,γ水为水的容重,h为侧面位置到水面的距离;施加于渡槽内部底面的竖向水压力按照不同位置对应水柱的重力进行计算,即按照P竖=γ水H进行计算,P竖为竖向水压力,H为水柱的高度,即渡槽底面不同位置的水深。具体顶升施工时采用多点顶升以分配过大的顶升力带来的应力集中,至少分配到4个角点位置进行顶升,同时在每个顶升位置尽量采取措施(比如在顶升位置垫多层厚钢板[15-16],逐步扩大面积直到与渡槽底部接触时有足够大的接触面)均匀分配顶升力,避免顶升位置竖向应力过大造成顶升位置的混凝土破坏。计算分析时,顶升力采用面压力模拟,顶升力为150 kN,施加面压力的区域尺寸为0.4 m×1.1 m。计算中采用弥散裂缝模型中的总应变裂缝模型考虑渡槽混凝土的材料非线性,裂缝的方向设置为转动,即裂缝方向随着主应变的方向变化。定义混凝土的总应变裂缝模型需要定义混凝土的受压模型和受拉模型,受拉模型定义为常数函数,受压模型定义为Thorenfeldt函数,见图3。图中σ为应力,ε为应变,ft为混凝土抗拉强度标准值,fp为混凝土抗压强度标准值,当混凝土的主拉应力超过混凝土的抗拉强度标准值时混凝土结构即出现裂缝。辅助墩主要承受压力而混凝土的抗压能力较强,故而不考虑辅助墩混凝土的材料非线性,将辅助墩的混凝土本构设置为弾性模型。钢筋的抗拉强度较高且渡槽的配筋量较大,故而不考虑钢筋的材料非线性,将其本构模型同样设置为弾性模型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限单元法的闸基防渗墙防渗效果分析[J]. 刘健,付成华,王兴华,穆宵枭,刘庆彬. 人民珠江. 2020(03)
[2]渡槽的病害与加固方法综述[J]. 唐卫国,唐杨,田俊国. 长江工程职业技术学院学报. 2019(04)
[3]基于碳纤维贴片方式的渡槽加固技术研究[J]. 黄文理. 水科学与工程技术. 2018(06)
[4]在役钢筋混凝土渡槽安全评价与病害处理[J]. 尚峰,祝彦知,纠永志. 水利水电技术. 2018(12)
[5]桥梁顶升维修与加固技术应用[J]. 李辉. 科学技术创新. 2018(05)
[6]80m跨拱式高架U型薄壳渡槽施工技术[J]. 彭伟文,汪永剑. 人民珠江. 2017(10)
[7]基于ANSYS的输水隧洞围岩及衬砌结构有限元分析[J]. 张荣坤. 人民珠江. 2017(02)
[8]某空心板梁桥整体顶升加固方案分析[J]. 樊文才,张元文. 现代交通技术. 2017(01)
[9]高墩大跨连续刚构渡槽技术在贵州峡谷山区的应用[J]. 徐江,向国兴,罗代明,蒙进. 人民珠江. 2016(02)
[10]顶升技术在城市桥梁加固中的应用[J]. 王智慧,孙广龙. 特种结构. 2015(06)
硕士论文
[1]连续刚构桥顶升过程仿真分析[D]. 李刚.长安大学 2009
本文编号：3493604
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