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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(jié)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(yīng)力狀態(tài),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(xié)調(diào)性。

1.2模擬計算結(jié)果

盡管頂板板厚較底板薄(即0.22m),但頂板鋼筋應(yīng)力卻低至122.1MPa,此時可計算出其裂縫寬度約0.13mm。砼縱向應(yīng)力:懸挑段端部頂板縱向應(yīng)力介于-0.53MPa～0.11MPa之間,懸挑梁根部頂板縱向應(yīng)力介于-4.88MPa～-5.50MPa之間,底板縱向應(yīng)力介于-6.73MPa～-7.97MPa之間。頂?shù)讬M向鋼筋應(yīng)力:頂板與底板分別設(shè)有2層Φ12@150mm鋼筋,其中底板橫向鋼筋應(yīng)力的最大值高達295.3MPa,此時可計算出鋼筋砼受彎構(gòu)件裂縫寬度的最大值為0.303mm,該數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)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(yù)應(yīng)力砼箱梁階段張拉錨固面底板縱向裂縫控制方案

調(diào)整完全可通過增加鋼筋的面積來實現(xiàn),具體為:把錨固面1.5m范圍內(nèi)的鋼筋更換成2層Φ16@100mmHRB335鋼筋,同時錨固面0.5m范圍內(nèi)的鋼筋全部設(shè)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(yīng)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(shù)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(xù)梁,則底板的橫向鋼筋與厚度分別為此道連續(xù)梁的主筋與截面寬度。若切片的厚度為恒定值,則連續(xù)梁的有效高度亦是恒定定。結(jié)合受彎構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力計算公式可知,鋼筋應(yīng)力僅與鋼筋面積、截面彎矩、有效高度之間存有關(guān)系。由此可見,鋼筋應(yīng)力的改進方案要求單個錨固面所用的鋼筋數(shù)量增加280kg。研究與實踐皆證實,上述改進方案可使后續(xù)節(jié)段張拉錨固面箱梁底板的縱向裂縫形態(tài)控制到允許范圍。

作者：王和通單位：陜西交通建設(shè)集團公司