单T挠度分析报告.docx
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单T挠度分析报告
单T挠度分析报告
张立明
一、模型桥简单介绍：
交通部公路科学研究所根据实际依托工程进行了实桥仿真验证，根据实际桥梁的真实情况按照1：
20的比例进行了模型建造，该模型桥为2跨连续刚构弯桥，模型桥的中线半径为20米，桥的横向翼缘板的宽度为80厘米，底板宽度40厘米，内外缘设置5%的向内倾斜的超高，并且下底板按二次抛物线过度，模型桥的桥墩为双薄壁墩，墩高3米，在距离墩底1.7米位置设横向支撑（钢板），双薄壁墩沿着桥墩高度方向有通长的预应力钢筋锚固，单T共有5块，每块都通过弯曲的预应力钢筋与前面的桥梁部分连接。
二、模型分析意义：
1、验证实验数据和理论数据
2、有限元模型分析弯连续刚构桥的特有属性模型主要参数：
1、主梁和墩的混凝土的密度2400Kg/m3，泊松比0.1667，弹性模量3.3e10
2、横隔板和横系梁均由钢板组成，密度7800Kg/m3，泊松比0.3，弹性模量2e11
3、预应力钢筋的横截面面积为0.39cm2，弹性模量为1.95e11，应力为0.6x1750（1069）Mpa主要分析过程及相关结论：
为充分验证大跨弯桥实验模型的固有特性，在Ansys中建立了如图1-1所示的有限元实体模型，本模型采用Solid45单元（模拟混凝土）和Link10单元（模拟预应力钢筋），单T结构共有单元207469个，节点45259 个。
图1-1最大悬臂状态模型图
图1-2横截面观测点示意每块的端部放置3块百分表，测试各个断面的挠度变化情况，具体加载情况参见图1-3，现在我们分析一下在上了第4块后1#的端部断面（测点4031、2486、2494）的挠度变化情况。
图1-3加载位置示意本次分析的挠度变化情况都是取自各个端断面的特殊点，如图1-2所示每个块断面上取3个点，这3个特殊点分别为：
a点：
上顶板的内侧中心点
b点：
下底板的内侧外边点
c点：
下底板的外侧外边点
属于1#块端断面的6个点（左面1#块3个测点，右面1#块3个测点）为：
4031（左1#a）、2486（左1#b）、2494（左1#c）4113（右1#a）、2902（右1#b）、2910（右1#c）仅在1#块端部加载时产生的挠度变位请参看表1，加载位置请参看图1-3。
表1-1阶段1的所有测点挠度变化表
NODE
UX
UY
UZ
4031
-4.56E-03
-1.29E-02
5.30E-03
2486
-4.41E-03
1.14E-03
5.66E-03
2494
-4.97E-03
1.83E-03
7.00E-03
4113
-4.56E-03
1.30E-02
5.24E-03
2902
-4.32E-03
-1.21E-03
5.70E-03
2910
-4.90E-03
-1.78E-03
6.99E-03
属于2#块端断面的6个点（左面2#块3个测点，右面2#块3个测点）为：
4043（左2#a）、2518（左2#b）、2526（左2#c）4119（右2#a）、2934（右2#b）、2942（右2#c）表1-2阶段2的所有测点挠度变化表
NODE
UX
UY
UZ
4031
-1.09E-02
-1.19E-02
6.80E-04
2486
-8.96E-03
1.37E-03
7.96E-04
2494
-9.56E-03
2.06E-03
3.47E-03
4113
-1.09E-02
1.52E-02
8.60E-04
2902
-8.87E-03
1.22E-03
2.43E-03
2910
-9.51E-03
6.14E-04
5.08E-03
4043
-5.55E-03
-5.05E-03
2.00E-04
2518
-5.08E-03
1.09E-03
8.88E-04
2526
-5.13E-03
1.49E-03
2.35E-03
4119
-5.55E-03
8.33E-03
3.11E-03
2934
-5.07E-03
1.59E-03
3.77E-03
2942
-5.15E-03
1.20E-03
5.27E-03
属于3#块端断面的6个点（左面3#块3个测点，右面3#块3个测点）为：
4050（左3#a）、2550（左3#b）、2558（左3#c）4130（右3#a）、2966（右3#b）、2974（右3#c）表1-3阶段3的所有测点挠度变化表
NODE
UX
UY
UZ
4031
-1.94E-02
-1.33E-02
-4.67E-03
2486
-1.61E-02
-1.95E-03
-2.26E-03
2494
-1.66E-02
-1.37E-03
2.53E-03
4113
-1.95E-02
1.52E-02
8.60E-04
2902
-1.60E-02
1.17E-02
-5.49E-03
2910
-4.90E-03
5.94E-04
-3.01E-03
2910
-1.65E-02
1.02E-04
1.72E-03
4043
-1.42E-02
-6.48E-03
-9.77E-03
2518
-1.22E-02
-2.92E-03
-7.80E-03
2526
-1.22E-0
-2.67E-03
-4.22E-03
4119
-1.42E-02
4.82E-03
-1.12E-02
2934
-1.21E-02
1.59E-03
-9.27E-03
2942
-1.22E-02
1.37E-03
-5.71E-03
4050
-1.46E-02
-1.43E-02
1.06E-02
2550
-1.37E-02
-3.85E-03
1.18E-02
2558
-1.30E-02
-2.94E-03
1.57E-02
4130
-1.46E-02
1.27E-02
8.25E-03
2966
-1.37E-02
2.54E-03
9.49E-03
2974
-1.30E-02
1.56E-03
1.35E-02
属于4#块端断面的6个点（左面4#块3个测点，右面4#块3个测点）为：
4055（左4#a）、2582（左4#b）、2590（左4#c）4139（右4#a）、2998（右4#b）、3006（右4#c）表1-4阶段4的所有测点挠度变化表
NODE
UX
UY
UZ
4031
-3.06E-02
-1.30E-02
-1.02E-02
2486
-2.54E-02
-3.99E-03
-6.55E-03
2494
-2.57E-02
-3.53E-03
1.04E-03
4113
-3.06E-02
9.81E-03
-1.18E-02
2902
-2.53E-02
1.34E-03
-8.09E-03
2910
-2.56E-02
9.62E-04
-5.71E-04
4043
-2.52E-02
-5.39E-03
-2.17E-02
2518
-2.14E-02
-5.75E-03
-1.85E-02
2526
-2.12E-02
-5.75E-03
-1.21E-02
4119
-2.52E-02
2.10E-03
-2.46E-02
2934
-2.14E-02
3.11E-03
-2.14E-02
2942
-2.12E-02
3.15E-03
-1.50E-02
4050
-2.53E-02
-1.26E-02
-1.35E-02
2550
-2.27E-02
-7.36E-03
-1.07E-02
2558
-2.19E-02
-6.80E-03
-4.00E-03
4130
-2.54E-02
9.31E-03
-1.79E-02
2966
-2.27E-02
4.73E-03
-1.52E-02
2974
-2.19E-02
4.14E-03
-8.50E-03
4055
-2.59E-02
-1.82E-02
6.37E-03
2582
-2.41E-02
-8.73E-03
9.39E-03
2590
-2.32E-02
-7.67E-03
1.65E-02
4139
-2.60E-02
1.49E-02
-3.52E-04
2998
-2.41E-02
6.10E-03
2.65E-03
3006
-2.32E-02
5.02E-03
9.86E-03
属于5#块端断面的6个点（左面5#块3个测点，右面5#块3个测点）为：
4060（左5#a）、2614（左5#b）、2622（左5#c）4149（右5#a）、3030（右5#b）、3038（右5#c）
表1-5阶段5的所有测点挠度变化表
NODE
UX
UY
UZ
4031
-3.86E-02
-1.07E-02
-1.50E-02
2486
-3.21E-02
-3.53E-03
-1.03E-02
2494
-3.22E-02
-3.14E-03
-7.47E-04
4113
-3.86E-02
1.08E-02
-1.50E-02
2902
-3.20E-02
3.49E-03
-1.03E-02
2910
-3.22E-02
3.17E-03
-7.57E-04
4043
-3.31E-02
-2.61E-03
-3.12E-02
2518
-2.82E-02
-5.75E-03
-2.71E-02
2526
-2.78E-02
-5.91E-03
-1.86E-02
4119
-3.32E-02
2.60E-03
-3.12E-02
2934
-2.82E-02
5.76E-03
-2.71E-02
2942
-2.78E-02
5.94E-03
-1.86E-02
4050
-3.30E-02
-9.19E-03
-3.12E-02
2550
-2.93E-02
-7.82E-03
-2.76E-02
2558
-2.82E-02
-7.55E-03
-1.88E-02
4130
-3.31E-02
9.24E-03
-3.12E-02
2966
-2.93E-02
7.86E-03
-2.76E-02
2974
-2.83E-02
7.53E-03
-1.88E-02
4055
-3.31E-02
-1.46E-02
-2.49E-02
2582
-3.02E-02
-9.70E-03
-2.09E-02
2590
-2.92E-02
-9.06E-03
-1.20E-02
4139
-3.33E-02
1.46E-02
-2.50E-02
2998
-3.03E-02
9.72E-03
-2.10E-02
3006
-2.93E-02
9.03E-03
-1.18E-02
4060
-3.33E-02
-1.60E-02
-1.78E-02
2614
-3.09E-02
-1.01E-02
-1.35E-02
2622
-3.01E-02
-9.31E-03
-4.20E-03
4149
-3.35E-02
1.60E-02
-1.78E-02
3030
-3.10E-02
1.01E-02
-1.35E-02
3038
-3.02E-02
9.30E-03
-4.11E-03
为了节约篇幅下面我们仅列出在拼装完5#块时各个测点的挠度变化情况见表1-6，并根据表1-6作出其相关的挠度变化规律图，实际上各个阶段上的挠度变化规律图几乎是完全一致的，所以以下分析总结出的规律适合整个弯桥（单T结构）模型。
根据表1-6的数据UX，我们得到如图1-4所示的横桥向变形图。
表1-6各个断面的挠度变位表（在4#块端截面加载）
NODE
UX
UY
UZ
4031
-3.86E-02
-1.07E-02
-1.50E-02
2486
-3.21E-02
-3.53E-03
-1.03E-02
2494
-3.22E-02
-3.14E-03
-7.47E-04
4043
-3.31E-02
-2.61E-03
-3.12E-02
2518
-2.82E-02
-5.75E-03
-2.71E-02
2526
-2.78E-02
-5.91E-03
-1.86E-02
4050
-3.30E-02
-9.19E-03
-3.12E-02
2550
-2.93E-02
-7.82E-03
-2.76E-02
2558
-2.82E-02
-7.55E-03
-1.88E-02
4055
-3.31E-02
-1.46E-02
-2.49E-02
2582
-3.02E-02
-9.70E-03
-2.09E-02
2590
-2.92E-02
-9.06E-03
-1.20E-02
4060
-3.33E-02
-1.60E-02
-1.78E-02
2614
-3.09E-02
-1.01E-02
-1.35E-02
2622
-3.01E-02
-9.31E-03
-4.20E-03
图1-4横桥向变形图（UX）
根据有限元分析在对称加载的情况下横桥向变形有如下规律：
1、对称加载时曲线桥将向内径方向移动。
2、曲线桥内径点（a）是横向移动的最大点，a（上翼缘内侧）和c（下底板外侧）将会绕b端发生逆时针转动。
根据表1-6的数据UY，我们得到如图1-5所示的顺桥向变形图。
图1-5顺桥向变形图
根据有限元分析在对称加载的情况下顺桥向变形有如下规律：
1、a端即内径端将发生轴向拉伸，且其变位远大于外侧各个点的顺桥向变形。
2、在加载点附近符合规律1，但在远离加载点的截面不符和上述规律。
图1-6Z竖桥向变形图
根据有限元分析在对称加载的情况下竖桥向变形有如下规律：
1、曲线桥内径点a是竖向移动的最大点，其次是b、c点
2、出现竖桥向挠度变形最大点的位置并不一定出现在根部和端部（如在5#块端部加载时，挠度最大变形点在2#块端部）
3、a（上翼缘内侧）和c（下底板外侧）将会绕b端发生逆时针转动。
下面以1#块的端部断面的三个特殊点a（4031）、b（2486）、c（2494）为例进行规律总结，实际上分析其他断面上的点也得到同样的规律。
表1-7随着阶段变化时各个测点的挠度变位表
NODE
UX
UY
UZ
2486（阶段1）
-4.41E-03
1.14E-03
5.66E-03
2486（阶段2）
-8.96E-03
1.37E-03
7.96E-04
2486（阶段3）
-1.61E-02
-1.95E-03
-2.26E-03
2486（阶段4）
-2.54E-02
-3.99E-03
-6.55E-03
2486（阶段5）
-3.21E-02
-3.53E-03
-1.03E-02
图1-7UX挠度变形图
图1-8UY挠度变形图
图1-9UZ挠度变形图
经分析得出如下规律：
1、横桥向变形随着阶段的增加而不断呈线性增加
2、竖向挠度变形由正变负但总体趋势仍是呈线性变化。
3、顺桥向变形随着阶段的转变受力可进行拉压转换
三、结论总结：
1、弯桥在均匀受力的情况下，将产生扭转，扭转方向为绕着内径方向进行逆时针旋转。
2、随着阶段的改变，弯桥的竖向和侧向挠度呈线性变化，且其挠度最大点不一定在端部或根部。
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