箱梁内部火灾影响下连续刚构桥结构状态分析研究.pdf

摘要桥梁发生火灾的概率不大,但是每年还是有不少桥梁碰到意外火灾、桥梁遭受火灾后,高温下材料的物理与化学性质将会发生非常大的改变,使结构开裂,承载力下降,J下常功能恶化,甚至出现结构破损与倒塌,导致巨大的经济财产损失及人员伤亡。当前关于结构火灾的研究多集中在分析建筑火灾引起的高温对梁、柱、板、墙等建筑构件的强度和变形影响方面。对于预应力混凝土结构火灾,特别是连续刚构桥箱梁内部火灾对于桥梁结构状态影响的研究基本上没有相关报道。2009年9月3同下午高家花园大桥右幅桥中跨跨中约50m长的区段发生火灾,引起的重庆主城区将近一个月的交通大拥堵,以及至今为止的高家花园大桥交通限行状况,给社会带来了较大的损失,给人民生活带来了极大的不变。而现行的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)只初步解决了常温下混凝土结构的计算问题,尚无相应的高温后桥梁结构的安全状态评估规程可循。因此,桥箱梁内部火灾引起的连续刚构桥结构状态变化是有必要研究的。本文以温度场数值模拟的基本理论为依据,采用有限元软件对桥箱梁进行变截面有限元实体建模,针对箱梁内火灾对连续刚构桥结构状态的影响进行了探索与研究。首先,从热传导有限元法的基本原理出发,对计算瞬态温度场的有限元一般格式,三维瞬态温度场的有限元方程组的求解以及六面体等参单元的特性进行了介绍。通过对箱梁内火灾情况的分析,确定预应力混凝土箱梁结构在火灾情况下的温度场分布问题的类型、定解条件及求解方法。然后,结合钢筋混凝土材料在高温条件下的热工性能,在有限元理论的基础上使用有限元分析软件进行不同规模的火灾模拟分析,得出连续刚构桥箱梁内部高温下的温度场分布的主要规律及结构受力状态转变特性。最后,以高家花园大桥为对象,采用ABAQUS通用有限元软件对桥箱梁进行变截面有限元实体建模,利用其瞬态热传导分析功能及钢筋混凝土模块,在准确模拟连续刚构桥箱梁结构的基础上,详细分析了箱梁内温度场变化引起的结构挠度、应力及横截面变形的状态,并与已有的监测数据进行比较分析,实证了连续刚构桥箱梁内部火灾实体有限元分析的效果。本文所做的研究有望促进箱梁内部火灾引起的连续刚构桥结构状态变化研究的深入,为全面正确地评价火灾后桥梁结构安全状况,进而制定科学合理的修复加固和保养维护策略提供的理论依据。关键字:箱梁;连续刚构桥;ABAQUS;有限元;温度场分布ABSTRACTTheprobabilitythatthebridgecatchfireislow,,thecharacteristicofthematerialofthebridgewouldbechangedtremendously,whichcouldleadtothegrowingdeformation,cracked,,,analysisonfireismostlyconcentratedonthestrengthanddeformationcharacteristicsofvariousreinforcedconcretestructuralelementsinthebuildingsuchasbeams,columns,slabs,wallsetc,butlessonpre—stressedconcretecontiuousrigidstructure,,-spanbox—girder,theentrancetObridgehadbeenblockup,”DesignofConcreteStructures”(GB50010-2002)canonlycalculateconcretestructuresatroomtemperature,andthereisnocorrespondinghigh—,thechangeofstateofrigidflamebridgecausedbyfireintheboxgirderneedtobestudied.