基于循环荷载下的变截面箱式桥梁的数值模拟研究

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基于循环荷载下的变截面箱式桥梁的数值模拟研究

0 背景

   目前我国在桥梁的整体建设中，箱式变截面桥梁成为桥梁建造的最优选择之一，但是在桥梁的使用过程中，车辆行驶过程中产生的荷载以及桥梁自重将会对桥梁以及桥墩连接处产生相应的剪切滑移以及相应力学特性的改变。本文利用ABAQUS对处于循环载荷以及均布载荷情况下的桥梁桥墩情况进行数值模拟及力学分析。对其内部钢筋结构与骨架强度进行准确展示。探讨了不同时间步下的桥梁物理力学性质的变化情况。在模拟过程当中，水平荷载采用位移加载控制，柱顶施加竖向均布荷载。

图一 桥梁模型横截面整体尺寸图

图二 桥梁模型纵截面尺寸图

1 模型建立

（1）桥梁及桥墩配筋情况：

                                            图三 模型内部钢筋布置图

间距200mm,部分为150mm,纵筋采用φ20@200；箍筋采用φ10@200；

                   

(2)几何模型图、模型内部配筋图及网格划分

(a)	(b)
(c)

图四 (a)桥梁的几何图；(b)钢筋分布图;(c)网格划分图

(3)材料属性

a、 钢筋材料属性采用理想弹塑性本构模型关系

图五 钢筋材料属性

b、 混凝土选用C34混凝土，采用混凝土损伤塑性模型

                                                                     图六 混凝土材料属性

c、边界条件与相互作用设置

以桥面中心设置参考点，将参考点与桥面耦合，钢筋与桥梁采用内置区域的方式，将变截面箱型梁与桥墩视为整体

图七 边界条件设置

d、载荷设置情况

在桥梁中心处施加复杂循环荷载，桥墩底部固定，桥面施加均布荷载

(a)	(b)

图八 载荷设置

2 结果后处理查看

(1) 桥梁以及钢筋位移变形情况

(a)	(b)
(c)	(d)
(e)

图九 不同方向桥梁及内部钢筋受力位移变形图(a)总位移云图；(b)x方向位移云图；(c)y方向位移云图；(d)z方向位移云图；(e)钢筋的总位移云图

(2) 应力分布与变形

(a)	(b)
(c)

图十 桥梁与内部钢筋应力分布图(a)桥梁总体应力分布图;(b)桥梁y方向上的应力分布图;(c)钢筋的应力分布图

(3) 不同截面内部应力分布与变形分析

(a)	(b)
(c)	(d)
(e)

图十一 不同截面内部应力分布图(a)桥墩与桥梁连接处的应力分布；(b)(c)(d)(e)为桥梁内部切面的应力分图。

3 数据处理

图十二 桥梁在Z方向上的位移随时间的变化

图十三 桥梁产生的总位移与时间的变化关系

图十四  应力应变曲线图

4 电脑配置

图十五 计算机配置

如图上图所示，该电脑处理器为锐龙R7-5800H 3.20GHz;运行内存为16.00GB，64位win10操作系统，由于该模型网格划分精度较高，采用多种单元类型，计算任务较大。总耗费时长约为16个多小时，前期计算出现几次无法收敛，经调试后，提交作业工作一段时间后得到以上结果。

5 结论

（1）桥梁的变形情况随着循环剪切次数增大成指数形式增大，桥墩处的抗压强度越大，桥梁的变形情况越小，

（2）从上述模拟结果可以看出，桥梁模型在循环复杂荷载作用下，发生了一些变形，其中箱型桥面与桥墩接触位置变形较大。箱式截面桥梁在不同的动载作用下，其动态反映与国内

有关预应力混凝土桥梁动载资料基本一致，桥梁整体结构具有较好的弹性工作性能。

（3）在循环荷载作用下，可以发现内部钢筋主要受力变形情况是桥墩底部与顶部与桥梁接触部分，所以建议在工程是施工建设时，应该对接触处与底部进行相应的加固。