技术总结1ANSYS分析在桥梁加固中的应用.docx
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技术总结1ANSYS分析在桥梁加固中的应用
ANSYS分析在桥梁加固中的应用
引用一位名人对有限元法的概括:
“有限元中都是错误”。
这句话提示我们一则不要过分依赖程序,二则要抓住事物的主要矛盾,忽略次要因素,才能事半功倍地解决实际工程问题。
ANSYS作为大型通用有限元的一种,具有强大的功能、广阔的应用空间以及灵活的二次开发,因而在科学研究和实际工程中得以广泛应用。
任何事物都具有两面性,其优点背后必然有缺点。
ANSYS在实际工程中的缺点在于其前处理和后处理的烦琐,对于实际工程时效性较差。
但其优越的分析结果又使工程设计人员垂涎。
如何扬长弊短发挥其功能,使其更好地为我们的工程服务,是我们工程人员自身要解决的问题。
桥梁加固往往具有很强的时效性,而最难的是工程现况的模拟。
对于复杂加固工程现况的外边界条件的模拟,平面程序往往不能胜任,而大型通用有限元可以很好地模拟各种边界条件,但模型建立比平面程序复杂的多。
当然,还有一些是加固工程本身具有的复杂性,比如,混凝土结构的开裂情况、预应力损失情况、基础沉降情况等等,相当于一个黑匣子。
对于这些情况的模拟通常采用试算法、包络法来近似模拟。
下面以一实际工程来说明:
一、工程概况:
本桥为30+40+30m的预应力混凝土连续梁,大里程方向主墩墩顶双支座中一侧支座损坏,桥梁仍在正常运营中,拟紧急采用双侧硫磺砂浆临时支座来加固,然后进行支座更换处理。
计算内容如下:
A、临时支座最大支反力计算;
B、现况桥梁应力水平计算(一侧支座损坏,按2mm沉降考虑);
C、用双支座取代原单支座后桥梁应力水平计算;
二、计算方法
采用通用有限元ANSYS进行全桥空间分析,梁体用实体单元(图1~2),预应力束用杆单元模拟(图3)。
为了提高计算时效,本次计算做以下简化:
1、采用粗略分段施加预应力来模拟全桥预应力分布情况;(通常束划分为11段,短束为1段);
2、结合中跨跨中正弯矩影响线(临时支座支反力影响线)、中墩墩顶反力影响线,以及工程经验,拟定以下4种工况作为控制工况进行分析:
3、对于计算内容B、C,本次计算通过与原设计的受力分析进行对比,提出绝对变化量和相对变化量进行分析;
4、本次计算,主要对以下控制点的正应力进行对比分析。
图1控制点布置图
图2全桥实体模型
图3箱梁网格划分
图4全桥预应力束模拟
三、计算结果
A、临时支座最大支反力计算;
经过计算临时支座最大支反力为407t。
表1:
各工况临时支座支反力表(单位:
t)
临时支座
工况
1
2
3
4
靠近中跨
245
328
407
352
靠近边跨
199
244
111
228
合计
444
572
518
580
B、现况桥梁应力水平计算(一侧支座损坏,按2mm沉降考虑);
1、中跨跨中位置计算分析
从表B1~B2知:
跨中挠度增大0.6mm;顶板压应力增加0.02Mpa,增加0.3%;最大为6.38Mpa;底板压应力减小0.03Mpa,增加2%;最小压应力为1.22Mpa。
表B1:
跨中顶板(3#控制点)计算结果分析表
指
标
单
位
原设计
B:
坏支座按2mm沉降考虑
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
-2.01
-6.35
-9.99
-8.12
-2.63
-6.97
-10.61
-8.74
AVE
Mpa
-4.45
-5.57
-6.20
-5.87
-4.47
-5.59
-6.21
-5.89
MAX
Mpa
-4.32
-5.41
-6.03
-5.71
-4.34
-5.43
-6.05
-5.73
MIN
Mpa
-4.65
-5.74
-6.36
-6.04
-4.67
-5.76
-6.38
-6.06
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
-0.62
-0.62
-0.62
-0.62
31.0%
9.8%
6.2%
7.7%
AVE
Mpa
-0.02
-0.02
-0.02
-0.02
0.4%
0.3%
0.3%
0.3%
MAX
Mpa
-0.02
-0.02
-0.02
-0.02
0.4%
0.3%
0.3%
0.3%
MIN
Mpa
-0.02
-0.02
-0.02
-0.02
0.4%
0.3%
0.3%
0.3%
注:
1).DIS—位移;AVE—平均值;MAX—应力最大值;MAX—应力最小值;
2).位移向上为正,应力拉为正;
3).绝对增量=计算内容-原设计;相对增量=(计算内容-原设计)/原设计
表B2:
跨中底板(8#控制点)计算结果分析表
指
标
单
位
原设计
B:
坏支座按2mm沉降考虑
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
-2.04
-6.38
-10.02
-8.15
-2.66
-7.00
-10.64
-8.77
AVE
Mpa
-3.64
-2.17
-1.35
-1.77
-3.61
-2.14
-1.33
-1.75
MAX
Mpa
-3.57
-2.07
-1.25
-1.67
-3.54
-2.04
-1.22
-1.65
MIN
Mpa
-3.69
-2.25
-1.44
-1.86
-3.67
-2.23
-1.41
-1.83
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
-0.62
-0.62
-0.62
-0.62
30.5%
9.8%
6.2%
7.7%
AVE
Mpa
0.03
0.03
0.03
0.03
-0.7%
-1.2%
-1.9%
-1.4%
MAX
Mpa
0.02
0.02
0.02
0.02
-0.7%
-1.2%
-1.9%
-1.5%
MIN
Mpa
0.03
0.03
0.03
0.03
-0.7%
-1.1%
-1.8%
-1.4%
2、墩顶位置计算分析
从表B3知:
墩顶位置箱梁顶板压应力增加值最大为0.1Mpa,增幅最大为1.4%;最大压应力为8.79Mpa;墩顶顶板压应力减小值最大为0.4Mpa,减小幅度为40%;最小压应力为0.6Mpa;
从表B4知:
墩顶位置箱梁底板压应力均为增加,最大增加1.92Mpa,对应增幅为18%;最大压应力达17.2Mpa;
表B3:
墩顶顶板计算结果分析表
点
位
指
标
单
位
原设计
B:
坏支座按2mm沉降考虑
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
2
AVE
Mpa
-5.41
-3.57
-4.09
-4.33
-5.35
-3.51
-4.03
-4.27
MAX
Mpa
-3.52
-1.24
-1.93
-2.19
-3.26
-0.98
-1.67
-1.93
MIN
Mpa
-8.69
-7.04
-7.48
-7.70
-8.63
-6.98
-7.42
-7.64
4
AVE
Mpa
-5.41
-3.57
-4.07
-3.34
-5.51
-3.67
-4.17
-3.44
MAX
Mpa
-3.52
-1.24
-1.93
-0.99
-3.12
-0.84
-1.53
-0.59
MIN
Mpa
-8.69
-7.04
-7.48
-6.83
-8.79
-7.13
-7.58
-6.92
点
位
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
2
AVE
Mpa
0.06
0.06
0.06
0.06
-1.1%
-1.7%
-1.5%
-1.4%
MAX
Mpa
0.26
0.26
0.26
0.26
-7.4%
-21.0%
-13.2%
-11.8%
MIN
Mpa
0.06
0.06
0.06
0.06
-0.7%
-0.8%
-0.8%
-0.8%
4
AVE
Mpa
-0.10
-0.10
-0.10
-0.10
1.8%
2.8%
2.4%
2.9%
MAX
Mpa
0.39
0.40
0.40
0.40
-11.2%
-31.9%
-20.5%
-40.0%
MIN
Mpa
-0.09
-0.09
-0.09
-0.09
1.1%
1.3%
1.3%
1.4%
表B4:
墩顶底板计算结果分析表
点
位
指
标
单
位
原设计
B:
坏支座按2mm沉降考虑
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
7
AVE
Mpa
-6.90
-9.64
-8.82
-8.51
-8.13
-10.87
-10.05
-9.73
MAX
Mpa
-3.08
-4.77
-4.37
-4.12
-4.20
-5.90
-5.50
-5.24
MIN
Mpa
-10.64
-14.43
-13.20
-12.81
-12.55
-16.35
-15.11
-14.72
9
AVE
Mpa
-6.90
-9.64
-8.81
-9.94
-7.93
-10.67
-9.84
-10.97
MAX
Mpa
-3.08
-4.77
-4.38
-5.02
-4.02
-5.71
-5.32
-5.95
MIN
Mpa
-10.64
-14.43
-13.18
-14.80
-13.00
-16.79
-15.53
-17.15
点
位
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
7
AVE
Mpa
-1.23
-1.23
-1.23
-1.23
17.8%
12.8%
13.9%
14.5%
MAX
Mpa
-1.13
-1.13
-1.13
-1.13
36.6%
23.6%
25.8%
27.3%
MIN
Mpa
-1.91
-1.92
-1.91
-1.92
18.0%
13.3%
14.5%
15.0%
9
AVE
Mpa
-1.03
-1.03
-1.03
-1.03
14.9%
10.6%
11.6%
10.3%
MAX
Mpa
-0.94
-0.94
-0.94
-0.94
30.5%
19.7%
21.5%
18.7%
MIN
Mpa
-2.35
-2.35
-2.35
-2.35
22.1%
16.3%
17.8%
15.9%
3、边跨跨中位置计算分析
从表B5~B6知:
边跨跨中挠度增大0.7mm;顶板压应力变化值小于0.05Mpa,变化幅度小于4.1%;顶板最大压应力为3.03Mpa,最小压应力为1.15Mpa;
底板压应力最大增加0.05Mpa,增加幅度为0.8%;压应力最大减少0.07Mpa,最大减少幅度为1.2%;最大压应力为8.3Mpa,最小压应力为5.98Mpa。
表B5:
边跨跨中顶板计算结果分析表
点
位
指
标
单
位
原设计
B:
坏支座按2mm沉降考虑
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
1
DIS
mm
4.00
2.01
6.30
5.89
4.11
2.12
6.41
6.00
AVE
Mpa
-2.02
-2.82
-1.31
-1.43
-1.99
-2.78
-1.27
-1.40
MAX
Mpa
-1.91
-2.70
-1.19
-1.32
-1.87
-2.67
-1.15
-1.28
MIN
Mpa
-2.12
-2.98
-1.40
-1.53
-2.09
-2.95
-1.37
-1.50
5
DIS
mm
4.00
2.01
6.30
2.38
3.33
1.34
5.63
1.70
AVE
Mpa
-2.02
-2.82
-1.31
-2.70
-2.07
-2.87
-1.36
-2.76
MAX
Mpa
-1.91
-2.70
-1.19
-2.59
-1.95
-2.75
-1.24
-2.64
MIN
Mpa
-2.12
-2.98
-1.40
-2.86
-2.17
-3.03
-1.46
-2.92
点
位
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
1
DIS
mm
0.11
0.11
0.11
0.11
2.7%
5.4%
1.7%
1.8%
AVE
Mpa
0.03
0.03
0.03
0.03
-1.6%
-1.2%
-2.5%
-2.3%
MAX
Mpa
0.04
0.03
0.04
0.04
-1.9%
-1.2%
-3.1%
-2.8%
MIN
Mpa
0.03
0.03
0.03
0.03
-1.4%
-1.0%
-2.1%
-2.0%
5
DIS
mm
-0.67
-0.67
-0.67
-0.67
-16.7%
-33.4%
-10.6%
-28.2%
AVE
Mpa
-0.05
-0.05
-0.05
-0.05
2.6%
1.9%
4.0%
1.9%
MAX
Mpa
-0.05
-0.05
-0.05
-0.05
2.4%
1.9%
4.1%
2.0%
MIN
Mpa
-0.05
-0.05
-0.05
-0.05
2.6%
1.8%
3.8%
1.8%
表B6:
边跨跨中底板计算结果分析表
点
位
指
标
单
位
原设计
B:
坏支座按2mm沉降考虑
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
6
DIS
mm
3.98
1.99
6.28
5.87
4.08
2.10
6.38
5.98
AVE
Mpa
-7.18
-6.12
-8.14
-7.97
-7.23
-6.17
-8.18
-8.01
MAX
Mpa
-7.09
-6.05
-8.04
-7.87
-7.14
-6.10
-8.09
-7.92
MIN
Mpa
-7.29
-6.20
-8.24
-8.07
-7.33
-6.24
-8.28
-8.11
10
DIS
mm
3.98
1.99
6.28
2.36
3.31
1.32
5.61
1.69
AVE
Mpa
-7.18
-6.12
-8.14
-6.27
-7.11
-6.05
-8.07
-6.20
MAX
Mpa
-7.09
-6.05
-8.04
-6.20
-7.02
-5.98
-7.98
-6.13
MIN
Mpa
-7.29
-6.20
-8.24
-6.35
-7.22
-6.12
-8.16
-6.27
点
位
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
6
DIS
mm
0.11
0.11
0.11
0.11
2.7%
5.5%
1.7%
1.9%
AVE
Mpa
-0.04
-0.04
-0.04
-0.04
0.6%
0.7%
0.5%
0.6%
MAX
Mpa
-0.05
-0.05
-0.05
-0.05
0.7%
0.8%
0.6%
0.6%
MIN
Mpa
-0.04
-0.04
-0.04
-0.04
0.6%
0.6%
0.5%
0.5%
10
DIS
mm
-0.67
-0.67
-0.67
-0.67
-16.8%
-33.8%
-10.7%
-28.5%
AVE
Mpa
0.07
0.07
0.07
0.07
-1.0%
-1.1%
-0.9%
-1.1%
MAX
Mpa
0.07
0.07
0.07
0.07
-0.9%
-1.1%
-0.8%
-1.1%
MIN
Mpa
0.07
0.07
0.07
0.07
-1.0%
-1.2%
-0.9%
-1.2%
C、用双支座取代原单支座后桥梁应力水平计算;
1、中跨跨中位置计算分析
从表C1~C2知:
跨中挠度减小0.75~1.69mm;顶板压应力减小0.08~0.23Mpa,减小2~4%;最大为6.13Mpa;底板压应力增加0.11~0.3Mpa,最小压应力增为1.73Mpa。
表C1:
跨中顶板(3#控制点)计算结果分析表
指
标
单
位
原设计
C:
双支座取代原单支座
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
-2.01
-6.35
-9.99
-8.12
-1.26
-5.36
-8.29
-6.99
AVE
Mpa
-4.45
-5.57
-6.20
-5.87
-4.37
-5.46
-5.97
-5.74
MAX
Mpa
-4.32
-5.41
-6.03
-5.71
-4.24
-5.30
-5.81
-5.58
MIN
Mpa
-4.65
-5.74
-6.36
-6.04
-4.57
-5.63
-6.13
-5.91
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
0.75
0.99
1.69
1.13
-37.3%
-15.6%
-16.9%
-14.0%
AVE
Mpa
0.08
0.11
0.23
0.13
-1.9%
-2.0%
-3.7%
-2.3%
MAX
Mpa
0.08
0.11
0.23
0.13
-1.9%
-2.0%
-3.7%
-2.3%
MIN
Mpa
0.08
0.11
0.23
0.13
-1.8%
-1.9%
-3.6%
-2.2%
表C2:
跨中底板(8#控制点)计算结果分析表
指
标
单
位
原设计
C:
双支座取代原单支座
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
-2.04
-6.38
-10.02
-8.15
-1.29
-5.39
-8.32
-7.02
AVE
Mpa
-3.64
-2.17
-1.35
-1.77
-3.75
-2.31
-1.65
-1.95
MAX
Mpa
-3.57
-2.07
-1.25
-1.67
-3.68
-2.21
-1.55
-1.85
MIN
Mpa
-3.69
-2.25
-1.44
-1.86
-3.80
-2.40
-1.73
-2.03
指
标
单
位
绝对增量
相对增量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
DIS
mm
0.75
0.99
1.69
1.13
-36.7%
-15.5%
-16.9%
-13.9%
AVE
Mpa
-0.11
-0.15
-0.30
-0.18
3.0%
6.7%
22.1%
9.9%
MAX
Mpa
-0.11
-0.15
-0.30
-0.18
3.1%
7.1%
23.9%
10.5%
MIN
Mpa
-0.11
-0.15
-0.30
-0.18
3.0%
6.5%
20.8%
9.4%
2、墩顶位置计算分析
从表C3知:
墩顶位置箱梁顶板压应力有所增加,左侧墩顶增加值为0.08~0.21Mpa,增幅为0.9~11%;最大压应力为8.77Mpa,最小压应力为1.36Mpa;右侧墩顶增加值为0.13~0.91Mpa,增幅为1.4~99%;最大压应力为8.82Mpa,最小压应力为1.90Mpa;
从表C4知:
左侧墩顶位置箱梁底板压应力均为增加,增加0.78~1.03Mpa,最大压应力达15.42Mpa,最小压应力为3.98Mpa;右侧墩顶位置箱梁底板压应力均为降低,幅度为1.5~2.32Mpa,最大压应力达12.48Mpa,最小压应力为4.03Mpa;
表C3:
墩顶顶板计算结果分析表
点
位
指
标
单
位
原设计
C:
双支座取代原单支座
工况1
工况2
工况3
工况4
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- 技术 总结 ANSYS 分析 桥梁 加固 中的 应用