菜园坝长江大桥Y构数值仿真分析研究.pdfVIP

132．菜园坝长江大桥Y构数值仿真分析 —-——————-——．—————■●—■—■—●■———一I—————■—■—————■————————■——■————■■■■———————■——————————一 陈思甜1 岳丽娜1 李兴华2 魏善平3 (1．重庆交通学院2．中铁大桥局集团重庆菜园坝长江大桥有限公司 3．中铁大桥局集团五公司菜园坝长江大桥项目部) 摘 要：重庆菜园坝长江大桥主桥由两个Y形刚构和钢箱提篮拱三个子结构组成空问受力体 系。本文采用高精度非线性有限元分析软件MSC．Marc对P18墩Y构进行施工过程仿真分析。Y 构采用三维实体单元空间模型。系杆索采用桁架单元。预应力采用索单元进行模拟。支架系统采用 空间桁架模型进行模拟。总共划分为15万多个有限单元。构成了真实的三维空间分析模型。仿真 分析结果表明．Y构空间受力效应特另9明显．由于前后悬臂均内倾。随节段施工的推进．前后悬臂在 墩身中引起的横向弯矩逐渐积累．前后悬臂对墩身的横向效应不均衡。墩身受扭现象也较明显。后 悬臂外侧墩顶存在较大的拉应力区。参考仿真分析结果。施工单位对前后悬臂施工方案进行了优 化和改进。 关键词：菜园坝长江大桥 Y构 仿真分析 空间效应 1预应力混凝土Y构体系构造与施工方法 1．1 Y形刚构体系构造 Y形刚构由主墩、前悬臂、后悬臂、中横梁、前次横梁、后次横梁、前主横梁、后主横梁及系 杆索锚固件等结构组成，见图1。 P18墩Y构结构构造如下： 刚构前悬臂纵桥向倾角为37．29。，横桥向倾角为79．22。。前悬臂为10×6～5．2×3．6m 的变截面空心薄壁结构。从前悬臂顶沿中心向下15m长为实心构造。在离墩中心50m处设 置了系杆索锚固键及一道前次横梁。前次横梁与刚构连接部设置为混凝土牛腿，中间段为方 便施工采用钢结构撑梁。在离墩中心32．91m处设置一道前主横梁。 962 图1 Y构立面构造图 变截面空心薄壁结构。从后悬臂顶沿中心向下lOm长为实心构造。在离主墩中心102m处设 置了后次横梁。在离墩中心68．07m处设置一道后主横梁。在边墩墩顶实心部设置了系杆索 锚固结构。 中横梁设置在两墩顶部，连接主墩及两侧刚构。 1．2 Y形刚构施工方法介绍 Y构采用分段支架现浇施工，前悬臂共分10节段，后悬臂分为8个节段。对于前悬臂各 节段和后悬臂1号～5号节段，每节段在达到强度后张拉预应力束，并与支架脱离。对于后悬 臂6号～8号节段，由于没有布置顶板预应力，因此在达到强度后不与支架脱离，继续浇筑下 一节段，直至后悬臂浇筑完成并张拉底板预应力后再与支架脱离。Y构施工节段划分见图2。 图2 Y构菔工节段划分图 2建立预应力混凝土Y构有限元分析模型 2．1 MSC．Marc有限元软件简介 MSC．Marc是功能齐全的高级非线性有限元求解器，具有极强的结构分析能力。可以处 理各种线性和非线性结构分析。包括：线性／非线性静力分析、模态分析、简谐相应分析、频谱 分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静／动力接触、屈曲／失稳、失效和破坏分析等。它 提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，几乎每种单元都具有处理大变形几何 963 非线性、材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。 Marc程序是基于位移法的有限元程序，程序按模块化编程，工作空间可根据计算机内存大小 自动进行调整。在分析过程中，利用网格自适应和重划分技术，能够变更单元的划分和节点数 目。 2．2 Y构有限元模型的建立 对P18墩Y构进行分阶段施工仿真分析，建立有限元模型，其中，Y构采用三维实体单元 进行模拟，共划分6万多个单元，Y构整体有限元模型见图3；预应力索采用索单元模拟，共 174个单元；支架系统采用空间桁架单元模拟，共8万多个单元，支架系统有限元模型见图4； 系杆索采用桁架单元模拟，共12个单元。总计15万多个有限单元。结构使用材料参数见 表1。 图3 Y构有限单元离散图 图4支架系统有限元模型