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1張拉錨固面有限元仿真

1.1材料模型與單元類型

此次張拉錨固面有限元仿真研究確定對砼進行Solid65八節點實體單元模擬,其中Solid65單元選用整體式有限元模型,其旨在分析箱梁底板砼與鋼筋的橫向應力狀態,由此探明縱向裂縫的成因,注意此時需用Solid65單元的縱向含筋率對箱梁縱向鋼筋進行定義。底板橫向鋼筋選用Link8單元模擬,其中Link8單元模擬屬桿軸的拉壓三維桿單元。砼與橫向鋼筋間的模擬選用無滑移模型,由此提高砼單元與鋼筋單元間的協調性。

1.2模擬計算結果

盡管頂板板厚較底板薄(即0.22m),但頂板鋼筋應力卻低至122.1MPa,此時可計算出其裂縫寬度約0.13mm。砼縱向應力:懸挑段端部頂板縱向應力介于-0.53MPa～0.11MPa之間,懸挑梁根部頂板縱向應力介于-4.88MPa～-5.50MPa之間,底板縱向應力介于-6.73MPa～-7.97MPa之間。頂底橫向鋼筋應力:頂板與底板分別設有2層Φ12@150mm鋼筋,其中底板橫向鋼筋應力的最大值高達295.3MPa,此時可計算出鋼筋砼受彎構件裂縫寬度的最大值為0.303mm,該數據與實測數據0,30基本一致。砼縱向變形:砼縱向變形的最大值分布在腹板根部角點,其中此處的縱向變形量與底板中部的變形量分別為2.93mm、0.736mm。

2預應力砼箱梁階段張拉錨固面底板縱向裂縫控制方案

調整完全可通過增加鋼筋的面積來實現,具體為:把錨固面1.5m范圍內的鋼筋更換成2層Φ16@100mmHRB335鋼筋,同時錨固面0.5m范圍內的鋼筋全部設為2層雙肢2層Φ16@100mmHRB335鋼筋。改進方案可使底板橫向鋼筋的應力降至120.8MPa,此時其裂縫寬度可控制到0.14MPa可施工階段仍然存有0.3mm的縱向裂縫,該數值與允許的底板縱向裂縫之間尚存在較大差距,則完全有必要采取一套進一步控制錨固面底板縱向裂縫的方案。若順著箱梁縱軸的垂直方向切割一條橫向的薄片,即彈性支撐的連續梁,則底板的橫向鋼筋與厚度分別為此道連續梁的主筋與截面寬度。若切片的厚度為恒定值,則連續梁的有效高度亦是恒定定。結合受彎構件縱向受拉鋼筋的應力計算公式可知,鋼筋應力僅與鋼筋面積、截面彎矩、有效高度之間存有關系。由此可見,鋼筋應力的改進方案要求單個錨固面所用的鋼筋數量增加280kg。研究與實踐皆證實,上述改進方案可使后續節段張拉錨固面箱梁底板的縱向裂縫形態控制到允許范圍。

作者：王和通單位：陜西交通建設集團公司