​某铁路（40+60+60+40+32.5+32.5）m悬浇梁斜交中横梁及0号块节点仿真分析

某铁路（40+60+60+40+32.5+32.5）m悬浇梁斜交中横梁及0号块节点仿真分析

林锋

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，福州）

摘要：预应力砼悬浇梁作为常规上部结构在施工条件受限的情况下受到桥梁设计人员的广泛采用，本文主要介绍了某铁路（40+60+60+40+32.5+32.5）m悬浇连续梁斜交21.5°中横梁及0号块节点的受力特性及分析结果。

1 结构总体设计

（40+60+60+40+32.5+32.5）m连续梁悬浇段标准桥宽为16.4m，现浇段桥宽由16.4m渐变至22.68m，支点梁高4.0m，跨中及变宽现浇段梁高均为2.0m，变宽段悬臂长度保持不变，采用调整主梁底宽的形式进行变宽，外腹板斜率为1.2:1，变高段按腹板斜率保持不变，缩小底板宽度进行设计，标准悬臂长度为2.5m，单箱双室结构。第二、三跨中支点横梁位置横梁与主桥斜交，斜交角度为21.5°。

2 有限元模型建立

斜交横梁及0~2号块局部模型采用有限元软件Ansys进行模拟，有限元模型如图2所示。由于分析梁段为异形结构，因此选择对不规则形状适应性较好的四面体单元进行网格划分。为保证求解精度梁体采用高阶四面体单元Solid187模拟，钢束采用杆单元Link180模拟，为削弱应力集中的影响，在支座以及轨道、声屏障处采用刚性单元Solid185模拟。局部模型共采用单元40万3千2百个，节点61万8千3百个。

图1斜交横梁及0~2号块局部Ansys模型

0号块至2号块内布置顶板束T1~T3，腹板束W1~W3，分析采用Link180单元模拟钢束，按15-Φ15.2钢绞线尺寸赋予单元截面面积，使用降温法施加预应力。顶板束降温值为，腹板束降温值为。支座处边界条件，左侧支座约束x与y方向的平动，右侧支座只约束y方向平动。

3 结构计算

3.1 荷载工况

现提取Midas整体模型2号块端部最不利荷载包络值施加于Ansys局部模型，工况组合时考虑主力（恒载、活载、预应力、收缩徐变、支座沉降影响）及附加力（风力、温度变化）作用，对主力及主力加附加力的组合取最不利荷载值作为Ansys局部有限元模型的荷载。梁端内力加载方式采用刚性面加载。

表1Midas整体模型2号块端部荷载值

3.2 结构位移计算结果

按最大内力值加载，位移计算结果如图所示，顺桥向位移最大为4.0mm，横桥向位移最大为1.5mm。从图6~8位移云图可以看出，由于墩顶横隔板与顺桥方向斜交，导致梁体位移以横隔板为界线呈斜对称分布。

图2 梁体顺桥向位移计算结果 图3 梁体横向位移计算结果

顺桥向位移：4.0mm（满足要求）；；横桥向位移：1.5mm（满足要求）。

3.3结构应力计算结果

正应力计算结果如图所示，最大内力荷载作用下梁体基本处于受压状态，梁体靠近横板位置压应力较大，应力值范围在10.4~14.4MPa但是在人孔两侧与横隔板外侧端部出现拉应力，应力值范围在1~2MPa。

图4 梁体正应力计算结果 图5 主梁斜交横隔板应力计算结果

4结语

连续梁梁体变形验算最大值为4.0mm，满足铁路工程相关规范设计要求。主梁正应力满足规范要求，顶底板钢束位置应力集中，符合现实情况。横隔板人孔两侧以及外侧端部出现拉应力，拉应力均在表层，扩散深度较小，原因为几何形状突变导致局部应力集中。针对上述应力情况，给出相关建议如下：

1、斜交横隔板人孔表层出现拉应力，施工时应对人孔表层进行定期观测，如出现裂缝，需要及时对其进行修补，防止出现耐久性问题。

2、梁体变形已横隔板为界限呈现斜对称分布，建议在施工合龙前考虑梁体横向变形的差值。

[参考文献]

1 铁路变宽道岔连续梁设计，邹永伟，中铁工程设计咨询集团有限公司，北京，100055.

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