特大洪水對橋梁沖擊的力學(xué)分析(共56頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢 業(yè) 論 文題目 特大洪水對橋梁沖擊的力學(xué)分析學(xué)院（全稱） 土木建筑學(xué)院 專業(yè) 、年級 理論與應(yīng)用力學(xué) 學(xué) 生 姓 名 吳 禹 學(xué) 號指 導(dǎo) 教 師 李 曉 紅 論文評閱人 專心-專注-專業(yè)前 言橋梁是道路跨越河流的主要形式，它起到保障公路運(yùn)輸暢通和排泄洪水的作用。至今橋梁水毀仍是世界各國橋梁破壞最主要的原因，而其水毀形式多樣，有的沖毀橋墩、橋臺導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞，有的沖斷橋頭路堤和流堤等調(diào)治構(gòu)造物，中斷交通，威脅兩岸安全。橋梁墩臺是直接修建在河道或海灣之中的，一旦水毀，修復(fù)困難，后果也較嚴(yán)重1。位于平昌縣白衣鎮(zhèn)的白衣大橋， 在2007年該區(qū)域發(fā)生的百年一遇的“7.6

2、”大洪災(zāi)中，橋墩在建造過程中因受到該洪水的沖擊導(dǎo)致垮塌，該事件對社會產(chǎn)生了極大影響，并導(dǎo)致工程停工9個(gè)月。這只是一個(gè)典型的例子，國內(nèi)外其他地區(qū)發(fā)生橋梁水毀的事例不在少數(shù)。因而人們對現(xiàn)代橋梁的水毀防治越來越重視，發(fā)生水毀的原因與如何避免橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生水毀已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界研究的熱點(diǎn)。橋梁的水毀的防治應(yīng)著眼于預(yù)防，避免水毀的發(fā)生。對于絕大多數(shù)的橋梁這也是可以做到的。要做好對橋梁的水毀防治工作，就先要全面深入的研究水流特別是洪水對橋梁產(chǎn)生的作用影響，這也是本課題的落腳點(diǎn)，通過對洪水沖擊橋墩的力學(xué)性能分析，充分認(rèn)識到受沖擊的橋墩的受力情況、位移變形、受拉產(chǎn)生的裂縫及進(jìn)行寬度計(jì)算，以此為基礎(chǔ)，把握

3、水毀本質(zhì)，為水毀防治工作提供依據(jù)和采取的措施。本文研究的重點(diǎn)在于以受到洪水沖擊的白衣大橋橋墩為背景，建立橋墩的三維空間有限元模型，對其在四種不同荷載工況下的第一主應(yīng)力、Mises等效應(yīng)力、墩高方向的位移與全橋變形、前墩墩底的受拉區(qū)裂縫進(jìn)行分析并計(jì)算橋墩失去承載能力的臨界水流下的裂縫寬度，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，找出威脅橋墩安全的主要因素，提出關(guān)于提高橋墩抵抗洪水沖擊的建議與措施。選定荷載、確定結(jié)構(gòu)計(jì)算模式和結(jié)構(gòu)分析計(jì)算是本文對洪水沖擊作用下的橋墩進(jìn)行分析計(jì)算的三個(gè)主要部分。在這其中，通過相關(guān)資料的閱讀，本文將橋墩分為施工狀態(tài)和成橋狀態(tài)，第三章分別分析了在這兩種狀態(tài)下應(yīng)考慮的荷載及荷載組合，介紹了不同

4、荷載的計(jì)算方法與公式；第四章，主要采用數(shù)值方法對橋墩進(jìn)行了模型建立與計(jì)算求解。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，本文通過合理的方式離散化結(jié)構(gòu)，完成了對由鋼筋和混凝土這兩種性質(zhì)迥異的材料組合的鋼筋混凝土的模擬。其中考慮到本試驗(yàn)要模擬混凝土開裂的情況，本文通過在Ansys中對材料開裂強(qiáng)度、壓碎強(qiáng)度及等效應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的定義完成了對結(jié)構(gòu)的非線性分析；第五章，文章對不同的工況，分別對橋墩進(jìn)行了力學(xué)性能分析。確定了橋墩失去承載能力的臨界水流速度，并對不同的工況下橋墩的力學(xué)性能進(jìn)行了對比，找到了不同荷載組合下橋墩在失去承載力過程中各自的特征。本文比較清晰地書寫了相關(guān)問題的模型建立、力學(xué)分析以及對此提供的建議與措施，為此

5、類橋墩水毀問題的力學(xué)分析及防治提供了參考。目 錄摘 要本文以白衣大橋?yàn)楸尘埃源笮屯ㄓ糜邢拊?jì)算軟件Ansys為平臺，建立了橋墩的三維空間有限元模型，重點(diǎn)對其在不同荷載工況下的應(yīng)力、Z軸方向位移、全橋變形、混凝土受拉區(qū)裂縫及裂縫寬度進(jìn)行了研究。本文對洪水作用下的橋墩的分析計(jì)算主要分為三個(gè)部分：選定荷載、確定結(jié)構(gòu)計(jì)算模式和結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。本文詳細(xì)描述了洪水環(huán)境下應(yīng)考慮的荷載及荷載組合，介紹了不同荷載的計(jì)算方法與公式；通過合理的方式離散化結(jié)構(gòu)，完成了對由鋼筋和混凝土這兩種性質(zhì)迥異的材料組合的鋼筋混凝土的模擬，并且通過定義相關(guān)材料的等效應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與破壞準(zhǔn)則，完成了對結(jié)構(gòu)的非線性分析；對不同的工況，

6、分別對橋墩進(jìn)行了力學(xué)性能分析并對其結(jié)果進(jìn)行了對比，確定了橋墩失去承載能力的臨界水流速度，找到了不同工況下橋墩在失去承載力過程中各自的特征；最后根據(jù)橋墩的力學(xué)分析結(jié)果，提出了關(guān)于橋墩水毀的建議及防治措施。關(guān)鍵詞：洪水，橋墩，有限元，鋼筋混凝土 ABSTRACTIn this paper, established three-dimensional finite element model for bridge pier by large general-purpose finite element calculation software ansys. Focus of the stress,

7、the Z-axis displacement, full-bridge deformation and crack width of concrete tensile zone study in different load cases. Calculation and analysis of bridge pier under the flood is mainly divided into three parts: select load, determine the structure of computing model, analysis and calculate structu

8、re. This article described in detail the loads and load combinations that should be considered in the flood environment, introduced different load calculation methods and formulas; completed simulation of reinforced concrete which is composed of two different material by reasonable discrete structur

9、e way and completed a nonlinear analysis of the structure by delimiting related materials such as stress-strain relations and failure criteria. Mechanical properties analysis was carried out on the pier with different load cases, determined the critical flow velocities of the pier lost carrying capa

10、city, and founded their respective characteristics under different conditions. Finally put forward the recommendations and prevention measures on the pier with outbreaks of flood.KEY WORDS: flood, bridge pier, finite element analysis, reinforced concrete第1章 緒論1.1 白衣大橋簡介白衣大橋位于四川省平昌縣白衣鎮(zhèn)，白衣大橋距下游白衣古鎮(zhèn)約2公

11、里，上游距平昌縣城約17公里。該橋?yàn)?4-30米預(yù)應(yīng)力T形梁橋結(jié)構(gòu)+3跨現(xiàn)澆板，橋長474延米，橋面寬9.5米，預(yù)算投資1950萬元。在2007年“7.6”洪災(zāi)將該橋部分橋墩沖毀，導(dǎo)致停工9個(gè)月。該洪水是160年來特大洪水，橋墩在建造過程中受到了該洪水的沖擊導(dǎo)致了垮塌現(xiàn)象的發(fā)生，由于大橋正處于建造階段，并未通車所以并沒有造成重大人員傷亡。但是，此次事故導(dǎo)致了工期延長，未能盡早的通車方便人民群眾。1.2 洪水對橋梁的不利影響及水毀的原因洪水對橋梁的不利影響1）沖刷造成橋墩深陷和傾覆對橋梁使用和安全危害最大的是洪水對橋梁墩臺附近及橋下斷面的沖刷。建橋后，橋梁墩臺附近床面總的沖刷深度，一般由河床的自

12、然演變沖刷、橋下斷面的一般沖刷及橋梁墩臺周邊的局部沖刷這3部分的總和組成。2）洪水漂浮物對橋梁的沖撞在有流冰、漂木、泥石流等漂浮物的河流中，會增加橋墩額外的負(fù)擔(dān)，對橋梁產(chǎn)生不利影響。水毀的原因1)直接人為因素主要是橋位設(shè)計(jì)不合理，水文水力計(jì)算有誤；下部基礎(chǔ)型式選擇不當(dāng)，忽視調(diào)治構(gòu)造物的設(shè)置或設(shè)置不當(dāng)；防護(hù)工程不堅(jiān)固或防護(hù)不到位；施工質(zhì)量差，維修養(yǎng)護(hù)工作粗放、不科學(xué)。2）間接人為因素專業(yè)人員匱乏，技術(shù)力量不足；無法可依，缺少必要的規(guī)范；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水侵襲的能力有限；養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)費(fèi)不足，歷史欠賬太多；不尊重科學(xué)技術(shù)，長官意識嚴(yán)重；自然生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失嚴(yán)重；開山采石的廢料或違章建筑

13、堵塞河流，抬高水位，延長橋頭引道或河灘路堤受水浸泡的時(shí)間。3）自然因素大多數(shù)橋梁孔徑長度和基礎(chǔ)埋置深度承受不住超標(biāo)準(zhǔn)洪水流量和流速對自身的抵御能力。水位高，浸泡時(shí)間長，因而水毀2。1.3水流特征及水流沖刷1）河道中水流的特征在自身重力和其他外力作用下，會沿著作用力方向流動。我們把流動的水稱為水流。當(dāng)我們觀察水流內(nèi)部時(shí)，會發(fā)現(xiàn)水流各點(diǎn)瞬時(shí)流速隨著時(shí)間、地點(diǎn)的不同而不斷改變，并且其流動方向也時(shí)刻在改變。這種因時(shí)因地不斷改變流速的大小和方向的水流稱為紊流。天然河道中的水流一般都是程度不同的紊流。由于天然河道河床的多變性，使得河道中的水流瞬息萬變，由無數(shù)個(gè)相互作用的小漩渦沿著河床螺旋式向下流動。水流和

14、河床間長期互相作用的結(jié)果，使河床發(fā)生了沖刷和淤積現(xiàn)象。2）水流沖刷水流運(yùn)動是一種機(jī)械運(yùn)動，它必然遵循自然界中一切機(jī)械運(yùn)動規(guī)律，所以水流和河床長期相互作用的結(jié)果，使河床一部下凹稱之為沖刷，另一部分凸起稱之為淤積。因?yàn)樗鬟\(yùn)動對河床產(chǎn)生一個(gè)沖擊力，沖擊力的大小取決于水流的流速和流量。天然河床多為泥沙組成，泥沙顆粒的大小，決定了泥沙在水流中的動態(tài)。當(dāng)泥沙顆粒自重力和顆粒間的吸附力大于由水流沖擊力對泥沙產(chǎn)生的推力和水浮力時(shí)，泥沙不會被沖動，而處在原地不動。相反，當(dāng)自重力和吸附力小于水流的推力和浮力時(shí)，泥沙會被水流沖走。被沖動的河床泥沙隨著水流運(yùn)動的形式有：以滾動和跳躍為主要運(yùn)動形式的叫推移質(zhì)；浮游在水

15、中和水流一起流動的叫懸移質(zhì)，水流中含有一同運(yùn)動的推移質(zhì)和懸移質(zhì)的多少，稱為水流的夾砂能力或輸砂能力。實(shí)踐表明，水流對河床的沖淤現(xiàn)象，不但取決于水流的流速及流量和河床泥沙顆粒的大小，而且還取決于水流夾砂能力，夾砂能力的不平衡是沖、淤的主要因素。1.4 橋墩沖刷在橋渡范圍內(nèi)，由于橋墩壓縮河床過水寬度的影響，使得橋下流速加大，提高了水流的夾砂能力，因而加劇了橋下沖刷。我們把這種因橋墩壓縮河槽引起的橋下沖刷稱之為一般沖刷。隨著沖刷的發(fā)展，橋下過水河槽加大，流速隨之降低，輸砂能力減弱，等到橋下水流出現(xiàn)新的輸砂平衡狀態(tài)，這種一般沖刷即停止。所以橋下一般沖刷對橋墩的危害，小于橋墩的局部沖刷。橋墩的局部沖刷，

16、即由橋墩阻擋洪水而產(chǎn)生的水流沖擊和形成強(qiáng)大的漩渦流作用，在橋墩周圍對河床引起的局部沖刷，多年的實(shí)踐證明，橋梁受洪水之害，多半是橋墩被沖毀，幾乎都是橋墩局部受沖刷所致。水工試驗(yàn)證明，豎立在水流中的橋墩，極大的改變了橋下水流狀態(tài)。橋墩迎水面的水流受阻后分成兩部分，靠近墩側(cè)部分，沿墩身圓角擠向兩側(cè)饒墩而過。使墩側(cè)水流單寬流量猛增，流速加大，致使墩兩側(cè)沖刷加劇。首先在墩側(cè)形成局部沖刷坑，之后向墩前發(fā)展。墩前正面大部分受阻的水流，直接沖擊橋墩，一部分水流受阻后沿墩面向上沖擊，抬高墩前水位，稱為涌高。另一部分水流沿墩面向下直接沖擊河底，在墩前形成強(qiáng)大的與水流方向反向的漩渦流，垂直淘刷河床，是墩前產(chǎn)生局部集

17、中沖刷坑。由此可知，橋墩被沖歪、沖倒就不足為奇了。于此同時(shí)，隨著沖刷坑的加深擴(kuò)大，漩渦流強(qiáng)度會逐漸減小，沖刷減慢，直至漩渦流輸砂平衡，沖刷停止。這就是橋墩局部沖刷的全過程。1.5 研究洪水沖擊橋梁的意義隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁作為公路、鐵路等交通建設(shè)的重要組成部分，數(shù)量也在急速增加。大型橋梁是連接河流兩岸陸域的重要通道，也是支持人員、裝備、物資頻繁往來與大規(guī)模流動的可靠載體。橋梁是道路跨越河流的主要形式，它起到保障公路運(yùn)輸暢通和排泄洪水的作用。在橋梁的眾多的水毀事件中，橋墩沖刷是最主要的原因，沖刷嚴(yán)重影響著橋梁的整體穩(wěn)定，至今橋梁水毀仍是世界各國橋梁破壞最主要的原因。而其水毀形式多樣，有的沖毀

18、橋墩、橋臺導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞，有的沖斷橋頭路堤和流堤等調(diào)治構(gòu)造物，中斷交通，威脅兩岸安全。橋梁墩臺是直接修建在河道或海灣之中的，一旦水毀，修復(fù)困難，后果也較嚴(yán)重。因此，洪水對橋梁的不利影響，必須認(rèn)真對待，妥善處理，不容忽視和低估，否則有可能造成橋毀人亡，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害。1.6 橋梁水毀實(shí)例1）98洪水使流域內(nèi)的大多數(shù)公路橋梁深受其害。據(jù)省公路局不完全統(tǒng)計(jì)，共水毀路段1430km，水毀橋梁521座，直接經(jīng)濟(jì)損失16.8億元。由于98洪水規(guī)模大，因而水毀程度也嚴(yán)重。這次洪水使個(gè)別的大橋和高等級公路路基也未能幸免。例如：龍江雅魯河大橋和呼蘭河橋頭引道等。2）2010年7月24日河南欒

19、川發(fā)生了洪水沖垮大橋的事故，在24日17時(shí)20分許，該地因遭受特大洪水導(dǎo)致伊河大橋發(fā)生整體垮塌，造成至少37人死亡，29人失蹤。3）2010年08月19日16:點(diǎn)，位于廣漢市小漢境內(nèi)的寶成鐵路石亭江大橋也發(fā)生了洪水沖垮橋墩的事故，洪水沖毀了兩個(gè)橋墩三孔，并有第14、15節(jié)車廂掉進(jìn)石亭江，落入河中車廂被沖出200米，寶成線中斷。4）2011年7月14日上午8點(diǎn)50分左右，福建武夷山市的武夷山公館大橋北端發(fā)生垮塌事故，牌號為閩H30953的一輛旅游大巴車墜入橋下，當(dāng)場造成1人死亡，22人受傷。第2章 蓋梁支座處最大豎向作用力計(jì)算2.1 橫向分布系數(shù)計(jì)算根據(jù)實(shí)用方法基本原理的前提，在計(jì)算主梁彎矩時(shí)，

20、對跨中的荷載橫向分布系數(shù)與跨中其他各點(diǎn)上的荷載橫向分布系數(shù)是采用相同的值。白衣大橋?yàn)門型簡支梁橋，跨中與端部橫梁使得橋面橫向聯(lián)系加強(qiáng)，在計(jì)算主梁跨中截面荷載橫向分布系數(shù)時(shí)，考慮采用剛性橫梁法。剛性橫梁法是梁格法中的一個(gè)特例，即把梁橋視作由主梁和橫梁組成的梁格系，荷載通過橫梁由一片主梁傳到其他主梁上去，同時(shí)主梁又對橫梁起彈性支承作用。根據(jù)試驗(yàn)觀測結(jié)果和理論分析，在具有可靠橫向聯(lián)系的橋上，且在橋的寬跨比小于或接近0.5的情況時(shí)，車輛荷載作用下中間橫梁的彈性撓曲變形同主梁的相比微不足道。白衣大橋滿足上述兩個(gè)情況，故利用剛性橫梁法計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)3。 圖2.1 白衣大橋橫截面圖 Fig.2.1 C

21、ross-section of Baiyi Bridge對左側(cè)邊梁: 由于橋面寬度原因，在橋面最多布置兩個(gè)車。故，人群荷載布置在左側(cè)對左側(cè)中梁: 由于橋面寬度原因，在橋面最多布置兩個(gè)車。故，人群荷載布置在左側(cè)由于橋面對稱，右側(cè)邊梁和中梁參考左側(cè)的計(jì)算結(jié)果。2.2 橋梁博士建模用橋梁博士軟件，對橋梁上部結(jié)構(gòu)按公路二級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)下進(jìn)行受力分析，明確全橋受力，對全橋受力狀態(tài)有基本而清楚的認(rèn)識。計(jì)算出橋墩承受上部相鄰兩跨的簡支梁通過支座傳遞的豎向荷載，為后期計(jì)算洪水對橋墩的沖擊作用做好鋪墊。2.2.1 輸入單元信息建立1號單元體，輸入單元截面信息，左截面與右截面形狀相同，白衣大橋?yàn)榛炷?/p>

22、簡支梁橋，主梁材料采用的是C50混凝土。該橋的橋跨結(jié)構(gòu)為通過橫隔板聯(lián)系的4片T型主梁，單片T型主梁的尺寸如圖2.2圖2.2 單片主梁截面尺寸 Fig.2.2 Section size of the main beam將一跨30m的主梁劃分為6個(gè)長度為5m的單元體。單元體編號為1到6，每個(gè)單元體有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)編號為1到7，單元性質(zhì)定義為鋼筋混凝土構(gòu)件。2.2.2 輸入施工階段信息該橋?yàn)楹喼Я簶?，一跨的力學(xué)模型為簡支梁：一端是固定鉸支座，即為同時(shí)有水平豎向剛性約束，一端為滑動鉸支座，即為只有豎向剛性約束。將施工階段分為3個(gè)階段，一階段計(jì)算構(gòu)件自重下的剪力彎矩圖，二階段計(jì)算公路二級車道荷載下主梁的

23、剪力彎矩圖，三階段計(jì)算人群荷載下主梁的剪力彎矩圖。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）規(guī)定：公路一級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按以下規(guī)定選取，橋梁計(jì)算跨徑小于或等于5m時(shí)，；橋梁計(jì)算跨徑等于或大于50m時(shí)，；橋梁計(jì)算跨徑在5m50m之間時(shí)，值采用直線內(nèi)插求得。計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí)，上述集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。公路二級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路一級車道荷載的0.75倍采用4。如圖2.3為車道荷載的計(jì)算圖示。 圖2.3 車道荷載計(jì)算圖示 Fig.2.3 Calculation of lane load人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，該橋人行道寬度為1.25

24、m，故人群荷載的線密度為。由此，本橋采用公路二級下車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值 集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值 ，人群荷載的線密度。車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線峰值處。根據(jù)規(guī)范要求，在橋梁博士中對該橋分別進(jìn)行了人群荷載、車道荷載的定義加載。在第1施工階段，對單元施工描述進(jìn)行桿件安裝時(shí)，程序自己就考慮了已安裝的桿件的剛度和它的自重效應(yīng)。2.2.3數(shù)據(jù)診斷與執(zhí)行計(jì)算根據(jù)上節(jié)的荷載定義與加載，在程序中開始進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)診斷與執(zhí)行項(xiàng)目計(jì)算，最后輸出施工階段結(jié)果分別得到施工三個(gè)階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖和相應(yīng)的荷載效應(yīng)輸出值。第1施工階段即考慮自重

25、作用下1跨30m簡支梁橋的結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖和相應(yīng)的效應(yīng)輸出。如圖2.42.5。 圖2.4 自重結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖 Fig.2.4 Internal force diagram of weight 圖2.5 自重荷載效應(yīng)輸出 Fig.2.5 The weight resulting output table由此可以分析得到：簡支梁在自重荷載作用下左端剪力為294kN，右端剪力為294kN，跨中彎矩為。第2施工階段即考慮車道荷載作用下1跨30m簡支梁橋的結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖和相應(yīng)的效應(yīng)輸出。如圖2.62.7。 圖2.6 車道荷載內(nèi)力圖 Fig.2.6 Internal force diagram of lane load

26、 圖2.7 車道荷載效應(yīng)輸出 Fig.2.7 The lane load resulting output table由此可以分析得到：在公路二級車道荷載作用下，簡支梁左端剪力為223kN，右端剪力為223kN，跨中彎矩為。第3施工階段即考慮人群荷載作用下1跨30m簡支梁橋的結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖和相應(yīng)的效應(yīng)輸出。如圖2.152.16。 圖2.8 人群荷載內(nèi)力圖 Fig.2.8 Internal force diagram of crowd load 圖2.9 人群荷載效應(yīng)輸出 Fig.2.9 The crowd load resulting output table由此可以分析得到：簡支梁在人群荷載作用

27、下左端剪力為56.3kN，右端剪力為56.3kN，跨中彎矩為。2.3計(jì)算各片主梁的最大支座反力（蓋梁的上部荷載最大豎向作用力）本橋的橋跨部分由4片主梁組成，一個(gè)橋墩的蓋梁承受了相鄰兩跨各4個(gè)端部支座傳遞的上部荷載。上節(jié)已經(jīng)算出了單片主梁在自重、車道荷載及人群荷載作用下的端部剪力，通過已得到的計(jì)算結(jié)果，考慮各片主梁不同的荷載橫向分布系數(shù)，算出14片主梁各自的端部支座反力。由于截面對稱，1號與4號邊梁，2號與3號中梁的端部支座反力相同，故僅計(jì)算1、2號主梁的端部支座反力。（1）1號主梁的端部支座反力1號主梁的車道荷載橫向分布系數(shù) 人群荷載橫向分布系數(shù)。1號主梁：自重作用下 端部剪力 車道荷載作用下

28、 端部剪力 人群荷載作用下 端部剪力故 支座反力（2）2號主梁的端部支座反力2號主梁的車道荷載橫向分布系數(shù) 人群荷載橫向分布系數(shù)。2號主梁：自重作用下 端部剪力 車道荷載作用下 端部剪力 人群荷載作用下 端部剪力故 支座反力因此，3號主梁支座反力,4號主梁支座反力2.4 本章總結(jié)對上部結(jié)構(gòu)，通過定義材料、截面、荷載，數(shù)據(jù)輸入與執(zhí)行項(xiàng)目等步驟建立出橋博模型并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。建模的過程又是對橋認(rèn)識的過程。通過建模過程，更深入的了解了本橋的構(gòu)造特點(diǎn)和受力特點(diǎn)，結(jié)合橫向分布系數(shù)按上部結(jié)構(gòu)支反力影響線計(jì)算確定了恒載、活載下最大支反力。這是下章節(jié)進(jìn)行蓋梁上活載最不利橫向布置的基礎(chǔ)，計(jì)算橋墩在最不利情況

29、下各個(gè)支座的豎向作用力大小的前提，為下文進(jìn)行洪水作用下橋墩的力學(xué)分析做了必備的準(zhǔn)備工作。第3章 橋墩上一般荷載和作用力的計(jì)算經(jīng)過上述章節(jié)對蓋梁上部荷載的討論分析，我們對橋跨部分的受力有了整體清晰的認(rèn)識，并且取得了支座專遞給蓋梁上部荷載的最大豎向作用力。本章將橋墩分為施工狀態(tài)和成橋狀態(tài)具體分析橋墩經(jīng)常遇到的一些荷載和作用力并且介紹不同荷載的計(jì)算方法與計(jì)算公式，在進(jìn)行ansys建模前，選定荷載并計(jì)算荷載大小。3.1 作用在橋梁墩臺上的荷載及組合作用在橋梁墩臺上的永久荷載有恒載、土重和側(cè)向土壓力、預(yù)應(yīng)力（組合式橋墩）、混凝土收縮及徐變的影響力、水的浮力；基本可變荷載有汽車荷載、汽車沖擊力、離心力、汽

30、車荷載引起的側(cè)向土壓力、人群荷載、掛車或履帶車荷載及其引起的土側(cè)壓力。其它可變荷載有風(fēng)力、汽車制動力、流水壓力、冰壓力、支座摩阻力，在超靜定結(jié)構(gòu)中尚需考慮溫度變化的影響力。偶然荷載有船只或漂流物撞擊力、施工荷載和地震力；另外，在某些特殊河道，存在涌潮等現(xiàn)象，則除上述荷載外，還需考慮涌潮等間隙性荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響因素。在這些荷載中，有永久存在的荷載，也有可能作用的、偶然作用的荷載，還有在所設(shè)計(jì)的墩臺中不可能發(fā)生的荷載。因此，在墩臺計(jì)算過程中，應(yīng)根據(jù)墩臺的受力與工作階段，給出可能同時(shí)作用荷載的組合，以確定出最不利的受力狀態(tài)。3.2 橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載、活載豎向作用力橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載傳至墩臺的計(jì)算值

31、，由橋梁支座反力計(jì)算確定。作用在支座上的豎向力有結(jié)構(gòu)自重的反力、活荷載的支點(diǎn)反力及其影響力。在計(jì)算汽車荷載支座反力時(shí)，應(yīng)計(jì)入沖擊影響力。該橋橋墩為樁柱式橋墩，按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。在構(gòu)造上，樁柱的鋼筋伸入蓋梁內(nèi)，與蓋梁的鋼筋綁扎成整體，因此蓋梁與樁柱剛結(jié)呈剛架結(jié)構(gòu)。對于這種雙柱式橋墩，當(dāng)蓋梁的剛度與樁柱的線剛度比大于5時(shí)，為簡化計(jì)算可以忽略節(jié)點(diǎn)不均衡彎矩的分配及傳遞，一般可按簡支梁或懸臂梁進(jìn)行計(jì)算。作用在蓋梁上的外力主要考慮上部結(jié)構(gòu)恒載支反力、蓋梁自重及活載。最不利活載加載，首先可根據(jù)上一章節(jié)按上部結(jié)構(gòu)支反力影響線計(jì)算確定的活載最大支反力，其次是根據(jù)蓋梁內(nèi)力影響線決定活載最不利橫向布置。此處簡

32、化蓋梁為簡支梁，最不利荷載就是使前墩位置的支反力最小或出現(xiàn)上拔力。因蓋梁在縱橋向設(shè)置有兩排支座而產(chǎn)生的上部結(jié)構(gòu)活載偏心力將對蓋梁產(chǎn)生扭矩，應(yīng)予以考慮。汽車荷載沖擊力應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：1 對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋的上部構(gòu)造和板式橡膠支座及鋼筋混凝土柱式墩臺，應(yīng)計(jì)算汽車的沖擊作用。2 沖擊系數(shù)可按下式計(jì)算：當(dāng)時(shí)， =0.05 當(dāng)時(shí)， = 當(dāng)時(shí)， =0.45式中 結(jié)構(gòu)基頻（）。3.3 結(jié)構(gòu)自重建筑物的自重，應(yīng)先按設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算其體積V，然后利用建筑物的材料容重進(jìn)行計(jì)算。自重G作用于建筑物的重心處。此處在Ansys中輸入材料密度、重力加速度，利用Ansys計(jì)算考慮橋墩自重。3.4 動水壓力（一）概述當(dāng)水流流經(jīng)

33、建筑物時(shí)，由于流向或流速變化等原因，水流將對建筑物產(chǎn)生動水壓力5。（二）動水壓力的一般計(jì)算公式式中 流水壓力標(biāo)準(zhǔn)值（）； 水的重力密度（）； V 設(shè)計(jì)流速（）； A 橋墩阻水面積（），計(jì)算至一般沖刷線處； K 橋墩形狀系數(shù)，見圖3.1。流水壓力合力的著力點(diǎn)，假設(shè)在設(shè)計(jì)水位線以下0.3倍水深處。 圖3.1 橋墩形狀系數(shù) Fig.3.1 Bridge pier shape coefficient研究的該橋橋墩為柱式橋墩，在水流方向即橫橋向，有相鄰前后兩個(gè)橋墩處于洪水的沖擊作用下，根據(jù)港口工程荷載規(guī)范中的描述：當(dāng)計(jì)算作用于沿水流方向排列的梁、桁架、墩、柱等構(gòu)件上的水流壓力時(shí)，應(yīng)將各構(gòu)件的水流阻力系數(shù)

34、乘以相應(yīng)的遮流影響系數(shù)。遮流影響系數(shù)可按圖3.2選用6。 圖3.2 遮流影響系數(shù) Fig.3.2 Cover flow influence coefficient3.5 漂流物橫橋向撞擊力船只或漂流物的撞擊力，雖是橋梁墩臺的偶然荷載，但是對橋墩結(jié)構(gòu)的危害性很大。對于有通航河道或有漂流物的河流中的墩臺，應(yīng)考慮船只或漂流物的撞擊力。漂流物橫橋向撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：式中 w 漂流物重力（），應(yīng)根據(jù)河流中漂流物情況，按實(shí)際調(diào)查確定； V 水流速度（）； T 撞擊時(shí)間（），應(yīng)根據(jù)實(shí)際資料估計(jì)，在無實(shí)際資料時(shí)，可用1； g 重力加速度，g=9.81（）。3.6 支座摩阻力支座摩阻力是上部構(gòu)造因溫度變

35、化而產(chǎn)生的，摩阻力可按下式計(jì)算：式中 w作用于活動支座上由上部結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)； 支座的摩擦系數(shù)，無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)可按圖3.3取用。 圖3.3 支座摩擦系數(shù) Fig.3.3 Supports friction coefficient3.7 浮力及滲透壓力對于墩臺在水下和土中部分自重的計(jì)算方法，要根據(jù)地基土的性質(zhì)加以考慮。水下土的浮力計(jì)算是一個(gè)至今尚未完全解決的問題，其關(guān)鍵在于土的空隙中能否傳遞靜水壓力。在土力學(xué)中，土中孔隙水主要分為自由水與結(jié)合水兩大類。自由水能夠傳遞靜水壓力，而結(jié)合水特別是強(qiáng)結(jié)合水及弱結(jié)合水的內(nèi)層是不能傳遞靜水壓力的。由于砂性土的土顆粒較大，主要是由原生礦物組成，故孔隙水主要是

36、自由水，所以水下的砂性土肯定收到浮力作用。而粘性土的孔隙水中既有自由水又有結(jié)合水，它們各自所占的比例又與土的含水量有關(guān)。當(dāng)粘性土的含水量接近或超過液限時(shí)，土處于流動狀態(tài)，土孔隙中主要是自由水，所以這時(shí)土受到浮力作用；若粘性土的含水量小于塑限時(shí)，土處于固體狀態(tài)，這時(shí)土孔隙中主要是結(jié)合水，故土不受到浮力作用；若土的含水量在液限與塑限之間，土處于塑性狀態(tài)，土孔隙中結(jié)合水與自由水都有，這時(shí)土是否受到浮力作用就很難肯定，一般都是按不利狀態(tài)考慮。在該橋橋墩受到洪水沖擊時(shí)，考慮到主要是由于前墩底部拉應(yīng)力導(dǎo)致混凝土開裂并達(dá)到一定裂縫寬度認(rèn)為橋墩破壞失去承載能力。所以，此處我們按不利狀態(tài)忽略水的浮力作用。3.8

37、荷載組合橋梁墩臺計(jì)算時(shí)，預(yù)先很難確定哪一種荷載組合最不利。需要對各種可能的荷載進(jìn)行組合計(jì)算，以滿足各種不同的要求。在洪水沖擊橋墩的背景下，應(yīng)該考慮按橫橋向進(jìn)行計(jì)算。在所有荷載中，車輛荷載的變動對荷載組合起著支配作用。按橫橋向計(jì)算時(shí)，考慮橫橋向的最不利荷載組合。例如：在橫向計(jì)算時(shí)，橋跨上的汽車荷載可能是一列靠邊行駛，同時(shí)有其它水平荷載，如風(fēng)力、漂浮物的撞力、水流壓力或冰壓力等作用在墩身上，這是產(chǎn)生最大橫向偏心距。當(dāng)可變作用的出現(xiàn)對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生有利影響時(shí)，該作用不應(yīng)參與組合。實(shí)際不可能同時(shí)出現(xiàn)的作用或同時(shí)參與組合概率很小的作用，為使設(shè)計(jì)合理，符合實(shí)際情況，按表3.4規(guī)定不考慮其作用效應(yīng)的組合

38、。 圖3.4 可變作用不同時(shí)組合表 Fig.3.4 Different time combination table of variable load 故，在成橋運(yùn)營階段：考慮洪水作用下對橋墩沖擊的力學(xué)分析時(shí)，考慮結(jié)構(gòu)自重、上部結(jié)構(gòu)恒載和活載豎向作用力、動水壓力、支座摩阻力與漂流物撞擊力的荷載組合。在施工階段：考慮洪水作用下對橋墩沖擊的力學(xué)分析時(shí)，僅考慮結(jié)構(gòu)自重、動水壓力、漂流物撞擊力的荷載組合。3.9 本章總結(jié)確定結(jié)構(gòu)計(jì)算模式、選定荷載和結(jié)構(gòu)分析計(jì)算是本文對洪水沖擊作用下的橋墩進(jìn)行分析計(jì)算的三個(gè)主要部分。其中荷載的種類、形式和大小選擇是否恰當(dāng)，關(guān)系到下文對橋墩的分析計(jì)算結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確度，

39、實(shí)際上，荷載分析與結(jié)構(gòu)分析同樣重要。本章詳細(xì)的闡述了對不同階段的橋墩應(yīng)該選定計(jì)算的荷載和進(jìn)行不同的荷載組合以及討論了選定的荷載的計(jì)算方法與計(jì)算公式。這些都將在下一章節(jié)對洪水作用下的橋墩進(jìn)行Ansys建模的荷載定義中有所反映，并將對不同的荷載組合分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和模擬試驗(yàn)，找出不同階段下橋墩抵抗洪水的能力和橋墩失去承載能力的臨界值。第4章 Ansys模型建立與求解計(jì)算在許多工程問題中，由于結(jié)構(gòu)的外形、邊界條件等情況比較復(fù)雜，往往無法用解析法求解，而需要采用數(shù)值方法。有限單元法就是隨計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種數(shù)值解法。該橋橋墩在構(gòu)造上，樁柱的鋼筋伸入蓋梁內(nèi)，與蓋梁的鋼筋綁扎成整體，因此我們認(rèn)

40、為蓋梁與樁柱剛結(jié)為剛架結(jié)構(gòu)。墩上為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，建模中考慮上部橋面質(zhì)量，并取相鄰兩跨梁橋面系的質(zhì)量，將其以集中質(zhì)量的形式作用于橋墩頂部。我們假定橋墩底面完全約束，剛性固結(jié)，把橋墩看作底面剛結(jié)的懸臂結(jié)構(gòu)，忽略承臺及其下面的樁基與基礎(chǔ)的相互作用，重點(diǎn)研究洪水對橋墩的沖擊的力學(xué)分析。4.1 模型的基本資料4號橋墩整體高度2208，兩柱式墩身距離450，墩身為直徑200的圓柱體，在墩高1104處有一加強(qiáng)橫向聯(lián)系的系梁。蓋梁高度120，蓋梁厚度220，蓋梁頂面分布有兩排每排各四個(gè)支座，支座與蓋梁頂面夾有墊石。墩身材料為C25混凝土，蓋梁材料為C30混凝土，其中由構(gòu)造要求布置分布鋼筋及箍筋，該柱式橋

41、墩的配筋率為。該橋所處位置在黃梅溪水電站上游，黃梅溪水電站正常蓄水位為273，承臺高度為270.75,距墩底面高210，百年一遇的洪水位為293.43,距墩底面高2168。4.2 模型的相關(guān)材料屬性參數(shù) （一）基本屬性（包括彈性模量和泊松比）與破壞準(zhǔn)則（定義開裂強(qiáng)度和壓碎強(qiáng)度）分析混凝土結(jié)構(gòu)，選擇合理的材料特性是建立模型的關(guān)鍵，所以有必要弄清混凝土的材料特性。混凝土是脆性材料，并具有不同的拉伸和壓縮特性。Ansys采用了11個(gè)參數(shù)對混凝土材料進(jìn)行描述，分別是：參數(shù) 含義 取值要求1 開裂剪力傳遞系數(shù) 0-1（本試驗(yàn)取0.5）2 壓碎剪力傳遞系數(shù) 0-1（本試驗(yàn)取0.9）3 單軸抗拉強(qiáng)度 據(jù)規(guī)范

42、取值（本試驗(yàn)C25取為1.78）4 單軸抗壓強(qiáng)度 據(jù)規(guī)范取值（本試驗(yàn)C25取為16.7）5 雙軸極限抗壓強(qiáng)度 6 周圍靜水應(yīng)力狀態(tài) 任意大數(shù)7 靜水應(yīng)力狀態(tài)下單軸極限抗壓強(qiáng)度 8 靜水應(yīng)力狀態(tài)下雙軸極限抗壓強(qiáng)度 9 斷裂發(fā)生時(shí)剛度乘子 0.6E 彈性模量 據(jù)規(guī)范取值（本試驗(yàn)C25取為，C30取為） 泊松比 據(jù)規(guī)范取值（本試驗(yàn)C25取為0.2）在這11個(gè)材料參數(shù)中，前4個(gè)與后2個(gè)是需要定義的，其中的3、4、E與的定義可據(jù)所選混凝土的標(biāo)號查閱資料。對于材料參數(shù)1與2是混凝土在開裂與壓碎狀態(tài)時(shí)剪力傳遞系數(shù)，0表示沒有剪力傳遞，1表示剪力傳遞完全。在模擬時(shí)，不宜將剪切縮減系數(shù)取的太小，否則會使計(jì)算難以

43、收斂。由于參數(shù)5至9所代表的狀態(tài)較為特殊，所以模擬一般的鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)可以不定義，此時(shí)Ansys采用默認(rèn)值，其中只要定義其中一個(gè)即可7。本文采用的模型為分布式模型，鋼筋參數(shù)除需定義E與外，還需要定義REBAR的3個(gè)參數(shù)：VR、THETE、PHI，VR表示鋼筋與混凝土的體積分?jǐn)?shù)，對于本文這種通長鋼筋來講，VR則表示鋼筋與混凝土的橫截面積之比，就是我們常說的配筋率。THETA與PHI為鋼筋在混凝土中的方位角，具體的夾角關(guān)系見圖4.1 圖4.1 分布式鋼筋混凝土模型中的鋼筋的參數(shù)設(shè)置示意 Fig.4.1 Rebar parameter setting diagram of reinforced c

44、oncrete model （二）本構(gòu)關(guān)系（定義等效應(yīng)力應(yīng)變行為） Ansys中的Concrete材料特性用的是Willam-Wamker五參數(shù)破壞準(zhǔn)則和拉應(yīng)力準(zhǔn)則的組合模式，能夠較好的反應(yīng)混凝土從低到高的靜水壓力作用下的破壞特性。但是Ansys中默認(rèn)的混凝土的本構(gòu)關(guān)系是線彈性的，即在開裂前的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線性。這時(shí)不符合實(shí)際，即使在較低的應(yīng)力下混凝土也會表現(xiàn)出明顯的非線性。因此，要在材料性質(zhì)中加入反映其本構(gòu)關(guān)系的特性8。塑性是指在某種給定載荷下，材料產(chǎn)生永久變形的特性，對于大多的工程材料來說，當(dāng)其內(nèi)部應(yīng)力低于比例極限時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是線性的。由于屈服點(diǎn)和比例極限相差很小，因此在ansys

45、軟件中，假定它們相同。對于單向受拉試樣，可以通過簡單的比較軸向應(yīng)力與材料的屈服應(yīng)力來決定是否有塑性變形發(fā)生，但是，對于一般的應(yīng)力狀態(tài)，并不能直接判斷是否達(dá)到屈服點(diǎn)。屈服準(zhǔn)則是一個(gè)與單軸測試的屈服應(yīng)力相關(guān)的應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)量表示。因此，知道了應(yīng)力狀態(tài)和屈服準(zhǔn)則，程序就能確定是否有塑性應(yīng)變產(chǎn)生9。Ansys軟件提供了多種塑性材料選項(xiàng)，分別是1. 經(jīng)典雙線性隨動強(qiáng)化（BKIN）2. 雙線性等向強(qiáng)化（BISO）3. 多線性隨動強(qiáng)化（MKIN）4. 多線性等向強(qiáng)化（MISO）本試驗(yàn)對于模擬鋼筋材料，采用的是經(jīng)典雙線性隨動強(qiáng)化（BKIN），它使用一個(gè)雙線性來表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線，所以有兩個(gè)斜率：彈性斜率和塑性斜

46、率，此選項(xiàng)適用于準(zhǔn)時(shí)Von Mises屈服準(zhǔn)則，初始為各向同性材料的小應(yīng)變問題，這包括大多數(shù)金屬材料。需要輸入的材料參數(shù)是屈服應(yīng)力和切線模量。本試驗(yàn)對鋼筋材料的屈服應(yīng)力輸入值為310，切線模量輸入值為2000。其模擬的鋼筋等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4.2。 圖4.2 鋼筋等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線 Fig.4.2 Rebar equivalent stress-strain curve對于混凝土材料，采用的是多線性等向強(qiáng)化（MISO），該模型使用多線性來表示使用Von Mises屈服準(zhǔn)則的等向強(qiáng)化的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，它適合用于比例加載的情況和大應(yīng)變分析。需要輸入最多100個(gè)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)。本試驗(yàn)采用結(jié)構(gòu)設(shè)

47、計(jì)原理書中的混凝土等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線，對于該曲線本試驗(yàn)采集了20個(gè)坐標(biāo)樣點(diǎn)，其等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4.3。 圖4.3 混凝土等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線 Fig.4.3 Concrete equivalent stress-strain curve4.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的模擬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)問世已有100多年，由于它的經(jīng)濟(jì)性、耐久性、整體性，可模性以及耐火性使它在世界各國的土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土這兩種性質(zhì)迥異的材料組合而成的，混凝土性質(zhì)復(fù)雜，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的，在復(fù)雜應(yīng)力條件下的本構(gòu)關(guān)系仍不十分清楚，普遍實(shí)用的強(qiáng)度理論也未建立，鋼筋與混凝土之間的粘接關(guān)系性質(zhì)也很復(fù)雜

48、。盡管有些理論是基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)上的經(jīng)驗(yàn)公式，還是沒法滿足人們對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)深入認(rèn)識的需要，特別是一些體型復(fù)雜、受力復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)，必須通過三維實(shí)體的非線性分析才能很好地掌握其力學(xué)性能。同時(shí)混凝土抗拉強(qiáng)度很低，在通常情況下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)總是帶裂縫工作的，由于以上因素使得對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有限元分析變得十分困難10。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土兩種材料組成的，在進(jìn)行有限元分析時(shí)如何合理離散化結(jié)構(gòu)對計(jì)算結(jié)果起到至關(guān)重要的作用。鋼筋混凝土有限元模型按鋼筋模擬方法的不同，可分為組合式、分布式和分離式三種模型。本試驗(yàn)采用的是分布式模型，分布式模型仍忽略鋼筋與混凝土之間的粘接滑移，它將鋼筋彌散于混凝土

49、單元之中，通過調(diào)整單元的材料力學(xué)性能參數(shù)考慮鋼筋對整個(gè)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)。通常先求出混凝土的本構(gòu)矩陣和鋼筋的本構(gòu)矩陣，再將二者疊加作為單元的本構(gòu)矩陣，其實(shí)質(zhì)是先求得綜合了混凝土和鋼筋貢獻(xiàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系矩陣，然后一次求得綜合的單元剛度矩陣11。采用分布式模型時(shí)，選用的是Solid65單元。Solid單元是專為混凝土、巖石等抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力的非均勻材料開發(fā)的單元，可以考慮混凝土的壓碎和開裂。Solid65單元為八節(jié)點(diǎn)六面體單元，Solid65單元本身包括兩部分12：一部分是和普通的八節(jié)點(diǎn)空間實(shí)體單元Solid65相同的實(shí)體單元模型，本試驗(yàn)用此模擬的橋墩蓋梁與系梁，在Ansys中操作是創(chuàng)建Solid6

50、5的實(shí)參數(shù)類型2，然后在其中輸入相應(yīng)參數(shù)；另一部分是由彌散鋼筋組成的分布式模型，它可以在三維空間的不同方向分別設(shè)定鋼筋的位置、角度及配筋率等參數(shù)，本試驗(yàn)用此模擬兩個(gè)柱式墩身，在Ansys中操作是創(chuàng)建Solid65的實(shí)參數(shù)類型1，然后在其中輸入相應(yīng)參數(shù)。此單元模型一般范圍內(nèi)可以較好地進(jìn)行鋼筋混凝土的非線性分析，包括對徐變等特性的考慮。并且這種模型比較容易得到收斂的解。4.4 模型建立首先建立有限元模型，這里我們選用Ansys自帶的專門針對混凝土的單元類型Solid65，進(jìn)入Ansys主菜單preprocessor-element-type-add/edit/delete,選擇添加Solid65號

51、混凝土單元。如圖4.4。圖4.4 定義單元類型 Fig.4.4 Define the element type下面我們要通過實(shí)參數(shù)來設(shè)置Solid65單元中的配筋情況。進(jìn)入Ansys主菜單preprocessor-real constants-add/edit/delete,添加實(shí)參數(shù)類型1與Solid65單元相關(guān)，輸入鋼筋的材料屬性為3號材料，輸入配筋率與Z方向配筋。參數(shù)類型2相關(guān)操作類似，如圖4.5。圖4.5 定義實(shí)參數(shù) Fig.4.5 Define the real constants然后定義三個(gè)材料模型：材料模型1為模擬蓋梁與系梁的C30混凝土；材料模型2為模擬兩個(gè)柱式墩身C25混凝土；材料模型3為模擬混凝土中的HRB335鋼筋；材料參數(shù)（泊松比及彈模）按照規(guī)范取值，具體值見4.2節(jié)中的描述。如圖4.6。 圖4.6 定義材料模型 Fig.4.6 Define the material models下面輸入混凝土及鋼筋的等效應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，這里我們選擇Von Mises屈服面。在define materi