【doc】龙华松花江特大桥结构参数敏感性分析

【doc】龙华松花江特大桥结构参数敏感性分析 龙华松花江特大桥结构参数敏感性分析 第38卷第2期 2010年2月 东北林业大学 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Vo1.38No.2 Feb.2010 龙华松花江特大桥结构参数敏感性分析 王立峰纪世奎孙勇 (东北林业大学,哈尔滨,15O040) 摘要为了研究预应力混凝土刚构一连续组合梁桥各参数对结构线形的影响程度,对龙华松花江特大桥主 桥进行了最大悬臂阶段,成桥阶段和正常使用阶段结构参数敏感性分析.采用有限元分析软件,对线形影响较大 的5个参数进行主跨跨中及零号块根部挠度值的分析,得到了各主要设计参数变化时,主跨跨中及零号块根部挠 度值的影响值.结果明:主粱自重,非均匀温度变化,混凝土收缩徐变为敏感性参数;主梁的弹性模量,预应力孔 道摩擦系数和局部偏差系数k产生的预应力损失则属于非敏感性参数. 关键词刚构一连续组合梁桥;参数;敏感性分析 分类号TU378.2 ParametricSensiti~tyAnalysisofLonghuaSonghuaRiverSuper?sizedBridge/WangLifen g,jiShikui,SunYong (SchoolofCivilEngineering.NortheastForestryUniversity,Harbin150040,P.R.China)//Jo urualofNortheastForest- ryUniversity.一2010,38(2).一91—92,99 Astudywasconductedtodiscussthesensitivityofstructuraldesignparametersatthelongestc antileverconstruction stage,thecompletionandoperationstage,andthenormalusagestageusingthemainbridgeofLonghuaSonghuasuper— sizedbridgeasatestingobject.aimingtofindouttheeffectsoftheparametersforprestressedconcretecontinuousrigid framebridgeonlineshape.Fiveparametersthathaveconsiderableiltfluencesonlineshapewereanalyzedintermsofthe deflectionofthemid— spanandtherootofNo.0piecebythefiniteelementanalysissoftware.Thedeflectionvalueswere obtainedundervariationalparameters.Itisconcludedthatgravityofmainbeam,non— uniformtemperaturevariation,and shrinkageandcreepofconcretearesensitiveparameters.whileelasticmodulus,lossesofprestresscausedbythefriction coefHeientofprestressedduct?.andthelocaldeviationcoefficientkarenon.sensitiveones. KeywordsContinuousrigidframebridges;Parameters;Sensitivityanalysis 桥梁结构设计参数的变化可导致结构内力和形状的改 变,关系着最终成桥阶段的合拢精度和结构内力与预期值的 吻合程度.桥梁是一个大型,复杂的结构系统,桥上某一物理 参数的变化,都将对整体结构的受力行为产生一定程度的影 响.参数敏感性分析的目的,就是确定在桥梁施工过程中对 结构作用效应影响较大的设计参数,从而保证桥梁的线型平 顺和安全.本研究以龙华松花江特大桥为研究对象,运 用桥梁博士3.0结构有限元分析软件,探讨对影响线形的参 数,如主梁自重,非均匀温度变化,混凝土收缩徐变,主梁的弹 性模量,预应力孔道摩擦系数肛和局部偏差系数k等参数的 变化,对主跨跨中及零号块根部挠度值的影响程度,来判断参 数对结构敏感性. 1工程概况 吉林省松原市龙华松花江特大桥全长2158m,主桥采用 65m+5×100m+65m七孔一联的预应力混凝土刚构一连续 组合梁.主梁采用C50混凝土,横断面为两幅分离的单箱单 室断面,单幅箱梁全宽12.7m.箱梁纵向为变截面,主墩墩 顶箱梁梁高5m,跨中及边跨支点箱梁粱高2.5m.主桥主墩 为C40混凝土,采用1.5m厚双薄壁式墩,两墩中心距为6.0 m,其中左数第3号桥墩与主梁刚接(图1).全桥共分为7个 T构,采用对称悬臂浇筑施工,最大悬浇长度43.50m.边跨 现浇段在落地支架上一次连续浇筑完成. 第一作者简介:王立峰,男,1971年6月生,东北林业大学土木工 程学院,副教授. 收稿日期:2009年3月3日. 责任编辑:戴芳天. 图13号墩T构计算模型 2结构参数敏感性分析 2.1主梁自重敏感性分析 为分析密度对桥梁变形的影响,在最大悬臂阶段,成桥阶段 和正常使用阶段,取密度变化率-4-5%,?10%,对主梁竖向变形 进行了比较分析J.从表1可以看出,当梁重变化时,零号块根 部线形在各个阶段的变化并不明显.当梁重增减10%时,最大 悬臂阶段的挠度变化0.29n硼,使用阶段挠度变化0.39舢n. 表l零号块根部线形变化的挠度差 梁重变化率/%最大悬臂阶段/mm成桥阶Emm正常使用阶段/mm 从表2可以看出,当梁重变化时,桥梁跨中线形在各个阶 段的变化较为明显.梁重变化10%时,最大悬臂阶段的挠度 变化1O.10mm,使用阶段挠度变化20.30mm.分析得出,主 梁各跨沿根部至最大悬臂处附近,竖向位移会逐渐增大;随着 密度逐渐增加,同一节点处的竖向位移也会相应地增大;随着 时问的积累,同一节点在使用阶段产生的竖向位移最大. 东北林业大学第38卷 表2跨中线形变化的挠度差 梁重变化率/%最大悬臂阶段/rain成桥阶段/mill正常使用阶段/mln 2.2混凝土收缩徐变敏感性分析 收缩徐变是混凝土随时间变化的一种特性.预应力混凝 土桥梁在施工过程中,由于混凝土龄期短,相对湿度不同,收 缩徐变对桥梁结构也必然会产生一定的影响1.收缩应变 的数学表达式: (t,r)=..,r) 式中:.为收缩终极值以t,r)为收缩应变随时间发展的函数. 徐变系数定义: 占(t,Jr)=()(t,)/E28. 式中:?为7.时刻的应力;为28d混凝土的弹性模量. 表3相对湿度55%时混凝土收缩徐变对挠度的影响 由表3可以看出,在成桥3a时,跨中挠度达到最大值 8.39mm;而随着时间的增长,在成桥30a后,跨中挠度较成 桥时增大6.61inm.因此,混凝土的收缩徐变是进行桥梁施 工控制时不可忽略的重要参数. 2.3混凝土弹性模量敏感性分析 结构的刚度,主要取决于混凝土弹性模量E以及梁体的 几何特性和,.而在实际工程,弹性模量值常大于规范值. 因此,进行混凝土弹性模量参数变化对梁体变形影响分析是 十分必要的.本桥采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范(JTGD62--2004)计算,因此C50混凝土弹性模量 以3.45x10MPa计. 成桥运营10a时,截取部分主梁为研究对象进行分析. 表4弹性模量变化对主梁挠度的影响mm 从表4可以看出,弹性模量改变使结构的变形有所改变, 但弹性模量E的变化对主梁挠度的影响并不显着.当弹性 模量E变化10%时,挠度变化最大值为3.00mm. 2.4预应力参数敏感性分析 为分析预应力与孔道之间摩擦系数和局部偏差系数k 产生的预应力损失对主梁变形的影响,分别取为0.15, 0.25(本桥以0.25计),0.35,k为0.0015(本桥以0.0015 计),0.0025,0.0035.由表5,表6分析可知,无论是摩阻系 数肛还是局部偏差系数k,在一定的变化范围内,主梁的总变 形趋势基本一致,线形基本重合.因此,摩阻系数肛以及偏差 系数k对桥梁产生的影响并不明显. 表5p值变化对主梁线形的影响 最大悬臂阶段0.0015 0.0o25 O.oo35 O — O.oo8 — 0.017 O 一 0.740 — 1.480 O 一 1.0oO 一 2.010 2.5温度变化敏感性分析 一 般情况下,杆单元截面内的温度场呈非线性变化,变化 的规律与截面形式和环境等许多因素有关.但在设计中,为 将问题简化,常假定温度在截面内成线性变化"J.这种温度 变化引起的固端力: {s[H,0,一,一H,0,M]; H=EaA[(h—Y上)t1rI=t2]/h; M=Eod(tl—t2)/h. 式中,Ol为线膨胀系数;A,,为杆单元截面面积与惯性矩; E为材料弹性模量;t.,t为截面上缘和下缘温度;Y为截面 形心轴至上缘的距离. 由于实际温度与模型计算基准温度存在一定的差异,必 须对理论值进行修正.针对各施工阶段温度变化对结构变形 的影响进行敏感性分析,从而得到温度变化与结构变形的关 系曲线,进而对结构变形进行修正.由表7,表8可以看出, 当温度变化时,零号块根部至主梁最大悬臂处挠度变化大致 相同,尤其在最大悬臂阶段与成桥阶段,主梁基本呈整体性变 化.直至正常使用阶段,挠度变化才有所不同. 表7零号块根部线形变化的挠度差 温度变化/?最大悬臂阶段/mm成桥阶段/mm正常使用阶段/mm 表8最大悬臂处线形变化的挠度差 温度变化/?最大悬臂阶段/mm成桥阶段/mm正常使用阶段/inm (下转99页) 第2期吴吴等:基于UC的自行升降式采种机的虚拟设计 程机械的研究开辟一片新的领域. 通过UG强大的实体建模与动态虚拟装配功能,建立了 自行升降式采种机三维实体模型,并通过UG/Motion模块对 (10s) a初始状态b凋平 一毒由} e稳固支撑(45S) 模型进行运动仿真,解决了大量的机构匹配和运动合理性问 题,优化了设计方案,设计了基于UG的采种机虚拟样机,为 以后的继续深入研究提供了良好基础. c支腿打开(20S) fl田转(SOs)g折臂起升(60s)h升缩臂起升(75s) 图5采种机工作机构仿真效果图 基于虚拟样机技术研究自行升降式采种机,节省了传统 开发模式下大量的物理样机测试和改进设计的工作,提高了 研发效率,显着缩短了研发周期. 参考文献 [1]王丽娜.我国林木良种与良种基地发展建设的政策与机制性研 究[D].哈尔滨:东北林业大学,2007. 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