一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其包括：步骤S1、建立体内‑体外混合配束变截面连续梁桥有限元模型；根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内‑体外配束变截面连续梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析；步骤S2、连续梁桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化。本发明专利技术具有原理简单、计算准确、效果明显、具有良好应用价值等优点。

An Optimum Method for Treatment of Downward Deflection of Continuous Beam Bridges with Variable Cross Sections with Mixed Beams in-vitro and in-vivo

The invention discloses an optimization method for the treatment of downward deflection of variable cross-section continuous beam bridge with internal and external mixed bundles, which includes: establishing finite element model of variable cross-section continuous beam bridge with internal and external mixed bundles; establishing spatial finite element of variable cross-section continuous beam bridge with internal and external bundles by using finite element analysis software ANSYS according to the parameters of continuous beam bridge and the layout of interface. The model is used to calculate and analyze the performance and parameters of the bridge after completion. 2. The analysis of the influencing factors of the deflection behavior of the continuous beam bridge and the treatment parameters of the mixed bundles; 2. The optimization of the continuous rigid frame bridge with mixed bundles in vivo and in vitro. The invention has the advantages of simple principle, accurate calculation, obvious effect and good application value.

【技术实现步骤摘要】
一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法
本专利技术主要涉及到桥梁优化领域，特指一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法。
技术介绍
目前，国内外大跨径预应力混凝土连续梁(刚构)桥的主要病害包括：主跨下挠会引起桥面线形不平顺，且引起箱梁裂缝加宽加长以及新生裂缝不断出现，从而导致结构刚度的降低，刚度降低又会进一步促使主跨的下挠。梁体开裂与主跨下挠互相影响，形成恶性循环。尽管在桥梁主梁施工控制过程中通常采用增大成桥预拱度和合龙顶推等措施，但是这些方法仅能改善主梁线形，却无法从本质上解决主跨持续下挠的问题。根据资料调查发现，出现严重下挠开裂病害的预应力混凝土连续刚构桥中多数采用的是体内预应力技术，而对于采用体内‐体外混合配束的混凝土梁桥却鲜有出现下挠开裂等病害的报道。这是因为采用体内‐体外混合配束的方式一方面可补张拉或更换体外束来补偿体内束的预应力长期损失，也可调整体外束的线形来控制桥梁的受力状态，同时易保证混凝土浇筑质量；另一方面利用体内束弥补体外束的极限承载力低、附加构造复杂等一些不足之处，从而结合两种预应力体系各自的优点，对抑制混凝土梁桥下挠开裂病害的出现与发展具有积极的效果。体内‐体外混合配束具有良好的技术合理性、耐久性和经济性，该类技术在世界范围内正逐步得到应用与发展，在我国也正逐渐兴起。如重庆新滩綦江大桥右幅(75+130+75)m连续刚构、苏通长江大桥深水区75m跨径引桥、上海长江大桥引桥、厦门BRT高架桥和在建的南京长江第四大桥引桥等工程均采用了此种混合配束的预应力体系。但由于体外预应力体系在我国的应用起步时间较晚，与体内预应力技术在工程中的广泛应用相比，我国针对体内-体外混合配束悬浇变截面连续刚构桥设计方法开展的研究还较少，针对此类桥梁的设计也还未形成相应的规范。在实桥的设计与施工过程中，经常需要参考国外的相关规范。随着经济的发展，公路桥梁的建设必将继续快速发展，大跨度悬浇预应力混凝土连续刚构桥在50～150m跨度范围内仍将是主力桥型。目前悬浇变截面混凝土连续刚构桥的设计，还是以体内预应力体系为主，下挠开裂等质量通病仍是亟待解决的问题。因此，进行大跨度变截面连续刚构桥体内-体外混合配束设计方法的研究，对于更好地指导工程实践、提高我国混凝土桥梁的建设质量具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、计算准确、效果明显、具有良好应用价值的体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其包括：步骤S1、建立体内-体外混合配束变截面连续梁桥有限元模型；根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内-体外配束变截面连续梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析；步骤S2、连续梁桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；利用上述步骤S1中所述ANSYS建立的有限元模型，从不同工况角度出发，运用有限元软件的徐变准则并考虑预应力筋的预应力损失，计算体内‐体外配束悬浇变截面连续梁桥服役一定年限后的主梁竖向位移和关键截面应力；步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化；通过对比分析各工况结果，明确各参数对主梁下挠的敏感性，进而确定体内‐体外混合配束的预应力混凝土桥梁主要设计构造参数的选取原则，根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的处治方法，优化体内‐体外混合配束变截面连续梁桥下挠处治方法。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S1的详细流程为：步骤S101、定义梁单元类型：主梁、横隔梁、桥墩采用三维梁单元模拟，体内体外预应力筋采用分段模拟，预应力筋和主梁之间用刚性梁模拟钢臂连接；步骤S102、设定边界条件：主梁与桥墩的约束关系通过刚性连接模拟；主梁与边墩的支座模拟节点，约束其横向平动、竖向平动以及绕纵向的转动；中跨两墩的墩底节点，约束其所有的自由度来模拟墩底的固结；步骤S103、定义预应力加载方式；步骤S104：定义收缩徐变等效分析方式：选用徐变理论隐式6号方程进行徐变分析；采用温度效应模拟混凝土收缩效应。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：体外束配束比例；混凝土收缩一定年限工况下，计算不同体内‐体外混合配束比例下的主梁竖向位移和主梁的内力及应力的分布情况，得到主梁跨中挠度最小时的体外束配束比例。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：预应力损失分析；混凝土收缩徐变和体内筋预应力损失耦合作用下，计算纵向预应力筋全损失和不同部位预应力筋分别损失作用下与主梁下挠的对应关系，同时考虑预应力损失大小对关键截面应力的影响以及预应力损失效应对补张拉的影响。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：体外束补张拉方法；在桥梁施工完成后，考虑混凝土收缩徐变一定年限的作用效应，分别计算桥梁在不同时间点补张拉方式相对于成桥时补张拉的竖向位移结果。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：张拉控制应力；考虑混凝土收缩徐变一定年限的作用效应，针对体外束不同张拉控制应力，计算主梁的竖向位移及相对于初始张拉应力情况下的竖向位移。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：混凝土强度；混凝土强度的高低决定着主梁刚度的大小，同时也会影响着混凝土的收缩徐变；计算混凝土收缩徐变一定年限后，不同混凝土强度等级主梁竖向位移的变化以及体外预应力筋预应力损失与关键截面应力的变化。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：体外束线形；通过改变转向块位置，计算得到不同体外索形状下主梁竖向位移以及关键截面应力的变化。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，对于混凝土徐变的计算目前大部分采用实体单元，但对于大型结构来说，实体单元运算成本和所耗资源较大。而本专利技术建立的体内-体外混合配束混凝土连续刚构桥有限元模型，采用三维梁单元进行徐变分析，既节约时间成本，又针对性地提高了计算效率；且计算了主梁在混凝土收缩徐变和体内筋预应力损失耦合作用下的竖向位移的变化和主梁的内力及应力的分布情况，使整个计算模拟过程更加偏向工程实际。2、本专利技术通过计算分析混合配束的多种处治参数，对于预应力混凝土连续梁(刚构)桥的主要病害(主梁下挠和箱梁梁体开裂)能够提出更具针对性和有效的处治方法。3、本专利技术提供的预应力混凝土连续梁(刚构)桥的优化处治方法，处治后的预应力混凝土连续梁(刚构)桥处于良好的力学状态，有利于避免梁体开裂、刚度降低和跨中过度下挠等不良病害，对于更好地指导工程实践、提高我国混凝土桥梁的建设质量具有重要意义。附图说明图1是本专利技术实施例中连续刚构桥的左幅立面与平面示意图。图2是本专利技术实施例中桥墩顶横断面(a)与跨中横断面(b)示意图。图3是本专利技术实施例中ansys有限元模型的全桥模型图(a)和全桥立面图(b)。图4是本专利技术实施例中不同体内-体外配束比例下主梁竖向位移图。图5是本专利技术实施例中纵向全预应力筋不同预应力损失水平下主梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，包括：步骤S1、建立体内‑体外混合配束变截面连续梁桥有限元模型；根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内‑体外配束变截面连续梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析；步骤S2、连续梁桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；利用上述步骤S1中所述ANSYS建立的有限元模型，从不同工况角度出发，运用有限元软件的徐变准则并考虑预应力筋的预应力损失，计算体内‐体外配束悬浇变截面连续梁桥服役一定年限后的主梁竖向位移和关键截面应力；步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化；通过对比分析各工况结果，明确各参数对主梁下挠的敏感性，进而确定体内‐体外混合配束的预应力混凝土桥梁主要设计构造参数的选取原则，根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的处治方法，优化体内‐体外混合配束变截面连续梁桥下挠处治方法。

【技术特征摘要】
1.一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，包括：步骤S1、建立体内-体外混合配束变截面连续梁桥有限元模型；根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内-体外配束变截面连续梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析；步骤S2、连续梁桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；利用上述步骤S1中所述ANSYS建立的有限元模型，从不同工况角度出发，运用有限元软件的徐变准则并考虑预应力筋的预应力损失，计算体内‐体外配束悬浇变截面连续梁桥服役一定年限后的主梁竖向位移和关键截面应力；步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化；通过对比分析各工况结果，明确各参数对主梁下挠的敏感性，进而确定体内‐体外混合配束的预应力混凝土桥梁主要设计构造参数的选取原则，根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的处治方法，优化体内‐体外混合配束变截面连续梁桥下挠处治方法。2.根据权利要求1所述的体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，所述步骤S1的详细流程为：步骤S101、定义梁单元类型：主梁、横隔梁、桥墩采用三维梁单元模拟，体内体外预应力筋采用分段模拟，预应力筋和主梁之间用刚性梁模拟钢臂连接；步骤S102、设定边界条件：主梁与桥墩的约束关系通过刚性连接模拟；主梁与边墩的支座模拟节点，约束其横向平动、竖向平动以及绕纵向的转动；中跨两墩的墩底节点，约束其所有的自由度来模拟墩底的固结；步骤S103、定义预应力加载方式；步骤S104：定义收缩徐变等效分析方式：选用徐变理论隐式6号方程进行徐变分析；采用温度效应模拟混凝土收缩效应。3.根据权利要求1或2所述的体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：体外束配束比例；混凝土收缩一定年限工...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄学文，张建仁，彭晖，曹小祥，邓继华，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43