摘 要

预应力混凝土连续刚构桥的零号块箱梁段由于其构造及受力及其复杂，它作为整座桥梁的核心构件，因此保证其安全是十分重要的。

本文结合朱家尖大桥，对该连续刚构桥高墩处的零号块部位进行了实体有限元分析，对其进行了运营过程中几种典型工况荷载作用下的空间位移和应力仿真分析。文中采用实体建模中的约束方程法，并用降温法来模拟预应力的施加，通过从整体模型提取的结构内力对细部有限元模型施加荷载。分析结果表明，除零号块与一号块接合部位的顶板和腹板倒角存在一定的应力集中使得应力不符合规范外，其余均满足规范要求。通过有限元的细部分析对该桥的健康安全进一步了解并对其健康监测提供了一定依据。

关键词：连续刚构桥；零号块；约束方程；应力分析；局部应力

Abstract

Zero block box girder of prestressed concrete continuous rigid frame bridge due to the complexity of its structure and stress ,and as the core component of the whole bridge, thus ensuring its security is very important.In this paper combining with Zhujiajian Bridge, analyses high pier of the continuous rigid frame bridge in zero parts entity finite element , in the process of its operation under several typical working loads of space displacement and stress simulation.This paper adopted the constraint equation of solid modeling method,and used cooling method to simulate the prestressed,extract the structure internal force through the whole model and applied the load on detailed finite element model.The results show that，besides the roof and chamfering web of the zero block with one piece of joint parts there is some stress concentration makes the stress is not in conformity with the specification ,the others can satisfy the requirements of specification.Through the details of the finite element analysis for the bridge can further understanding its health security and providing a certain basis for the health monitoring.

Key Words: continuous rigid frame bridge; zero block; constraint equation; stress analysis; local stress

目 录

第1章 绪论 1

1.1连续刚构桥的特点 1

1.2连续刚构桥的发展概况 1

1.4连续刚构桥局部应力分析 2

1.5本论文主要研究内容 3

第2章 朱家尖大桥MIDAS建模分析与结果 4

2.2朱家尖大桥工程概况 4

2.3朱家尖大桥MIDAS实体模型的建立 4

2.3.1材料特性参数 5

2.3.2截面特性参数 5

2.3.3边界条件的模拟 6

2.3.4五种荷载工况 6

2.3.5计算结果提取 6

第3章 零号块的ANSYS建模及网格化分 8

3.1引言 8

3.2.1预应力混凝土分析方法 8

3.2.2等效荷载法优缺点 8

3.2.3实体力筋法分类及各自特点 9

3.2.4预应力的实现 10

3.3细部模型的建立 10

3.3.1材料特性参数 10

3.3.2空间模型的创建 10

3.4空间模型网格划分 11

3.4.1单元类型及特点 11

3.4.2混凝土主体六面体网格划分 11

3.4.3网格过渡区域的划分 11

3.4.4预应力钢筋网格的划分 14

第4章 约束方程的建立及有限元模型的计算 15

4.1引言 15

4.2约束方程的建立 15

4.3局部空间模型梁端截面刚性平面的建立 16

4.3.1质量单元的建立 16

4.3.2刚性域的建立 16

4.4约束及荷载的施加 18

4.4.1空间模型的约束施加 18

4.4.2预应力的施加 18

4.4.3结构自重以及梁端截面荷载的施加 18

第5章 零号块健康状况的细致分析 19

5.1零号块横桥向应力结果及分析 21

5.2零号块纵桥向应力结果及分析 23

5.3零号块竖直方向应力结果及分析 24

5.4零号块的第一主应力结果及分析 26

5.5零号块的第三主应力结果及分析 28

5.6健康分析 29

结束与展望 30

参考文献 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1连续刚构桥的特点

随着预应力混凝土的出现，连续刚构桥的发展突飞猛进。由于钢筋混凝土的开裂性能和承载能力制约着桥梁的进一步发展，使得钢筋混凝土连续桥梁的跨径难以进一步提升。而连续刚构桥应用了预应力混凝土技术，避免了混凝土结构过早的出现裂缝，充分的利用了高强度混凝土和高强度钢筋，使得结构有更高的强度，通过在混凝土结构或构件承受荷载前施加外力，使得构件产生较小的拉应力。通过预压应力的施加来减小甚至抵消荷载对混凝土结构产生的拉应力，从而控制混凝土的拉应力在较小范围内，甚至将混凝土构件处于受压状态，这样达到推迟混凝土裂缝的出现和开展的目的，从而提高了构件的抗裂性能^[1]。连续刚构桥解决了这个问题，应用预应力混凝土技术以及结构体系内力分布更加合理极大的提高了连续桥梁的跨度。充分利用了材料的性能。

连续刚构桥是在预应力混凝土连续梁和T型刚构基础上发展起来的，并且采用了墩梁固结的形式，使之成为一种新型连续梁桥结构。它综合了连续梁桥和T形刚构桥的特点，具有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度。利用预应力技术提高受拉区混凝土的强度，同时支点处负弯矩抵消了一部分跨中的正弯矩，大大提高了桥梁的跨越能力。采用墩梁固结的结构形式，并且由于高墩的柔度很大，这样结构会对预应力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移进行调整，因此避免了结构产生较大的次内力。