高速公路（48 80 48）m预应力混凝土连续箱梁桥设计外文翻译资料

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在桥梁设计和评定中，其中一个重要组成部分就是确定活荷载的横向分布。美国国家公路和运输官员协会(AASHTO)规范提供的荷载分布因子LDF方程用于测定最大梁中弯矩。在LDF方程中，峰值是通过乘以某时刻LDF方程一维桥梁分析的数值所获得。

LDF方程可以追溯到“s-over方程。AASHTO标准规范（AASHTO 1996）一直被沿用至上世纪30年代。虽然AASHTO标准方程被认为简单易用，但它也被认为不适用于一些桥梁并且太保守。1994年，更精确的LDF方程被引用在AASHTO LRFD规范（AASHTO1998）。这个方程是基于有限元统计和大量桥梁分析。多于两个车道的桥的LDF值是由公式给出。由于LRFD方程需要的参数是未知的，直到梁结构的选择，所以迭代设计过程是必要的。2004年一个新的简化的LDF方程由Pohuvoravan等人提出。这个方程式被称为“简化方程，基于AASHTO LRFD公式，并且通过其跨度关系纵向刚度也包括其中。

AASHTO LRFD公式被认为可以很好地代表桥梁Zokaie实际行为。然而，这用于开发LRFD LDF方程的FE方程没有包括桥梁一些可能影响横向载荷分布的重要参数。

首先，尽管桥梁存在的某些次要元素如横撑，横膈膜和护栏，这些在AASHTO LRFD LDF方程开发过程中不考虑。Mabsout等人于1997年，Eamon和诺瓦克在2002，2004年的参数研究中显示二次元素的考虑对侧向荷载分布有显著的影响。根据以往的研究，当考虑次要元素时，AASHTO LRFD公式提供了过于保守的结果。其次，以前Frosch等人在1999年和2003年在法国的研究显示，混凝土桥梁中普遍存在的预先就有的裂缝。通常在这些裂缝形成之前，桥梁已经通车。裂缝开裂的方向通常是横向的。考虑到交通方向，纵向的开裂有观察.即使板裂缝是众所周知的现象，但桥面裂缝对活荷载分布的影响尚未评估。

本项研究的目的是：1调查二次元件对钢桁梁桥横向荷载分布的典型影响；2检验桥面效应，

非线性荷载分配机制开裂分析。为了研究这些影响，建立了一个可靠的包含二次元素模型和有限元方法的三维混凝土开裂构件模型。然后，18座印第安娜州桥梁的被选择和使用该模型分析。用有限元分析得到的负载分布因子，与用AASHTO LRFD公式，AASHTO标准方程及其简化方程比较。

本研究的原动机来自印第安娜州设计交通运输部（INDOT）。因此，共有九座印第安娜州的钢桁梁桥被选择用来调查二次构件荷载的影响。所有选定的桥梁都是直角并服务于国家公路系统。两类侧向支撑，隔膜，和交叉支撑常常被用于印第安娜钢桁梁桥。一般来说,横向支撑的间距范围从6.4到7.5米不等。印第安娜州84厘米混凝土护栏用于九座桥各分析。更多桥梁细节的由表1给出了。荷载分配系数每个桥梁使用四种不同的有限元模型计算。这个研究了横向支撑和护栏独立或一起的影响。通过实际桥梁案例，对梁桥甲板裂缝对载荷分布的影响进行了研究。九印第安娜大桥，经历了甲板开裂和开裂被确定。在以前的研究中，一些桥梁已知有桥面裂缝被确认经历。作为本研究的一部分，还实地调查了裂纹的存在，以确定混凝土桥面。表2给出了识别桥梁的列表。使用先前进行非线性有限元分析开发了非线性有限元框架中Andsotelino 2005。通过一些模拟，典型的裂缝确定负载分布有重大影响的类型。

利用商业有限元软件研究了几种桥梁有限元模型。得出的结论是偏心梁模型给出了接近现实的理想化的同时尽可能保留Use_chan和Chan 1999_简单实用。偏心梁模型扩展到包括桥梁体系的次要元素。在这项研究中，有限元模型的主要构件如桥面板与钢梁被称为“基元”。混凝土桥面是由八个节点Mindlin壳单元建模，而钢梁由三节点梁建模元素。在梁的形心和板的中面之间的全复合材料的作用是通过刚性连接建模。轴承采用指定边界条件的接地弹簧元件在其实际位置。对于简支条件，允许在各个方向旋转。纵向和横向运动的最小限制被分配，而垂直约束被放置在支架。

钢桁梁桥，但侧向支撑，如横隔板、横撑，通常用于防止梁体横向运动。它也有助于分配梁之间的负载。在这项研究中，横向支撑采用三节点梁单元建模。隔膜被假定为直接连接到大梁。交叉支撑连接在法兰的交集，

网状物.刚性节点之间的连接，以确保充分的综合行动。

栏杆是理想化使用梁单元。栏杆被假定为与甲板完全混合。栏杆和甲板之间的刚性连接提供了这种复合作用的模型。图1显示了开发的有限元模型。

选择两个实验进行比较和验证所开发的有限元模型。第一座桥是一个全规模的实验室测试卡托尔等人进行于1995年。该桥为21.4米简支钢桁梁桥。上部结构由三个137厘米深的焊接板梁结构钢板和19厘米厚的钢筋混凝土桥面。

有三主梁与梁间距为3.05米。K帧被放置在大约每6.83米沿跨度。桥梁的横截面和应变计的布置如图2所示。两套模拟两辆卡车的负载对称放置相对于横向方向的中心梁。对于弹性试验，2.5次的HS20卡车负载施加在杆板。此负载包括362.5千牛的中心和后轮和87.5千牛的前轮。

图3给出了测量和计算的底部法兰变形和应变在不同的位置。从这个数字可以看出，有限元模型通常产生的计算挠度类似测得的挠度。预测值与实测值之间的偏差是9%在外梁跨中最大的错误。图3_b_显示在不同位置的应变比较。观察到良好的协议，在底部法兰的大梁。与K框架和栏杆株有一些差异，但这是放大的非常低，测得的应变值。此外，有限元模型可能不能完全捕捉到实际的端部约束的K帧成员。应当注意的是，由于收缩约束的女儿墙的裂缝不能表示与当前模型。

有限元模型包括膜片进一步验证的结果与现场试验的美人蕉和鲍曼于2002年。这座桥位于印第安娜SR 52以上的第九街，在中国，它是一个直角的五跨连续钢桁梁桥的总长度为148.5米。八纵向钢梁和一个19厘米深钢筋混凝土桥面使用。桥的详细几何如图4所示。横膈膜直接连接到纵向梁上，位于隔板的两个凸缘的顶部，沿腹板两侧设有间断焊缝。第一个28米跨度的桥梁被选为仪表。应变仪被放置在不同的位置上、下梁的跨中及几种隔膜法兰的底部。在几个位置的应变计与有限元结果的比较。

应变计被放置在以下位置：在G1 (g1a)和G2(g2a）梁梁的上翼缘底梁G2 (g2d)底板的底部，在D1 (d1a)膈顶部法兰的顶部，在隔膜D1(d1b)底板的底部。几个负载的情况下，被认为是使用串联轴自卸车重达232千牛。首先，卡车是位于13米从遏制案例，端头支架和4米后，置于13米和3.3米，最终支持从路边_load案例2b_。最后_3a_负载的情况下是这样的，车是位于13.5米从控制端支持4米。在桥的现场测试更多的描述在原报告_canna和Bowman 2002_可用。图5(a)显示有限元计算结果与试验结果之间的位移的比较。有限元模型一般预测位移结果非常好。梁1的最大位移误差为载荷工况3B的6%。

预测的菌株相比，从测试结果获得的那些。无花果。6(b)和(c)显示在不同位置的应变结果。计算和测量菌株之间的相关性总体上是非常好的。最大误差为梁应变在7%。基于以上的比较，可以得出结论，在这项研究中使用的开发的有限元模型能够预测钢桁梁桥的行为。

考虑桥面裂缝对桥面性能影响最简单的方法是降低桥面的刚度。甲板开裂，然后，占使用正交异性材料特性的板坯单元。在裂纹区域，垂直于裂纹方向的壳的弹性模量降低，而弹性模量平行于裂纹方向和壳单元的实际厚度保持不变。以这种方式，甲板裂缝可以考虑在一个简单的方法。然而，这种假设过于简单化的实际现象在裂纹表面。

在这项研究中，一种基于应变分解技术，Chung和sotelino 2005已采用的混凝土裂缝模型。这种技术使明确包括物理行为的开裂混凝土表面，如总的联锁和钉住行动不像其他车型，引入这些影响隐式的剪切保留因子。混凝土材料模型已扩展到三维问题，采用分层的方法。上述模型的开发和验证阳离子是忠和sotelino 2005中详细讨论。

上述混凝土裂缝模型已扩展到包括预先存在的裂缝钢筋混凝土桥面建模。修改涉及预裂纹的状态确定。由于预先存在的裂纹不一定形成垂直于主应力方向，裂纹表面可以进行相当数量的面内剪切应力通过销钉作用和骨料联锁。出于这个原因，混凝土裂纹模型的应变分解技术的基础上，能够更好地代表预先存在的裂缝在桥面的效果比其他建模技术。

该裂纹模型被集成到ABAQUS壳单元通过用户材料子例程UMAT。UMAT在所有元素的物质称为计算点。因此，用户子程序必须更新应力4，混凝土的切线刚度cconc，解决相关的状态变量在增量步结束时。根据裂纹位移，适当的例程被称为。详细的状态确定和线性化算法如图6所示

第一例程称为“闭合裂纹程序”，当桥面裂缝闭合时，使用此例程，即裂纹位移矢量在增量开始时为零。在这种情况下，混凝土被假定为一个各向同性的线性弹性材料，因此，不需要进行应变分解。

第二个程序是“裂缝关闭例程”这个例程使建模的封闭存在的裂纹在桥面，这可能会发生由于桥梁活荷载。如果更新的裂纹张开QWR变成负的，裂纹闭合的电流增量。一旦裂缝被关闭，即，当正常的应力分量横跨裂纹从拉伸到压缩的变化，它被假定的混凝土材料恢复其线性弹性特性。完整的实体混凝土的刚度矩阵，然后重新插入这些裂缝闭合状态。最后的状态确定例程是“打开裂缝例程。”

此例程使用时，裂纹位移增加，表明裂纹是开放的。在本建模技术中，混凝土材料中的裂缝被假定为涂抹到壳单元。的总应变增量分为两部分：由于裂纹的应变增量和应变增量由于完整的混凝土材料之间的裂缝。利用裂纹应变增量，通过平均裂纹应力-应变关系，建立了相应的本构模型。完整的固体混凝土可采用线弹性各向同性材料本构模型，而这将不适合混凝土裂缝自它的行为由于楔入作用骨料颗粒之间由于存在高度非线性的钢筋。

计算载荷分布的因素考虑二元元素用AASHTO LRFD公式和简化方程的phuvoravan等人提出的比较。2004。四种不同的有限元模型进行了研究。第一个有限元模型包括主要成员，包括甲板，主梁和轴承。这就是所谓的“基地有限公司”其他三个模型的修改的基础有限元模型。在第二个模型中，横向支撑被添加在有限元模型。在第三个模型里是补充，但没有横向支撑。最后一个模型既包括横向支撑和护栏。这种模式被称为“是”模型。

两套AASHTO HS20设计卡车车轮荷载作用下产生的活荷载分布等影响最大。例如，在纵向方向上，在简单跨度桥梁的最大弯矩发生时，中心线的跨度之间的中间的负载的重心和最近的集中荷载。活荷载分配系数也受横向荷载位置的影响较大。几个卡车的位置进行调查的横向方向确定的最大效果后的纵向位置确定。最大负荷分布情况选择qbridges两桥1和4表1r如图7所示。请注意，梁1和7和主梁1和8是外部梁的桥梁1和4，分别。最大内部LDF发现第一室内梁当底座的有限元考虑到或只有横向支撑模型。然而，马克西妈妈LDF在二梁内部发现的模型考虑女儿墙。同时也发现最大的LDF的“是”模型可以发生在第一或第二室内梁内梁桥考虑。这表明，次要元素的存在显着改变负载分布为每个桥。

在图8中，基元LDF相比，考虑二次元件的有限元分析过程。横向支撑和女儿墙分别降低了11和25%，LDF的考虑，分别。的LDFS得到“是”的有限元模型是17–38%小于那些使用基元过程。

LDF获得代码方程LDF有限元对比图所示。9 - 11的九个选定的桥梁。每个数据点在LDF比九个桥梁考虑。在图9中，LRFD LDF是相对于有限元LDF。底座的有限元产生的LDF大于LRFD LDF一些考虑的桥梁。换句话说，在这些情况下，LRFD LDF不保守。然而，横向支撑或女儿墙的加入降低了LDF相比，底座的有限元结果。的LDFS从“是”元总是小于LRFD LDF。据观察，考虑侧向支撑和女儿墙分别产生了12和27%，LDF小于LRFD LDF，模型给出了LDF值高达39%，比设计值在任何方面梁间距或跨度比没有明显的趋势变化。

有限元简化和标准LDF LDF LDF的比率分别在表10和11。所有的有限元模型产生比那些基于简化方程和AASHTO标准方程LDF值低。横向支撑和女儿墙产生LDFS多达20和36%小于LDF模型简化。“是”元LDF产生LDFS范围从20到45%不到的简化过程。同时，当桥跨长度和梁间距相对较大，标准方程往往过于保守与LRFD LDF和简化的LDF。例如，“最低比例是“有限元LDF的标准LDF 48%。换句话说，标准方程预测超过两倍，从有限元法得到的LDF。

很明显，在载荷分配系数的影响次要元素可以显著的先前的观察。在一般情况下，它被发现的辅助元件的存在下，有助于主梁横向荷载分布。此外，两AASHTO LRFD和简化的LDF公式总是产生保守的结果时，所有的次要元素都被考虑了。

九选定的印第安娜桥梁的特点与现有的裂缝如表2所示。这些桥梁进行了非线性有限元qnlfer在开发框架的工作来确定荷载横向分布的影响开裂的甲板。

该参数在进行案例研究是裂纹图案qtransverse裂纹，裂纹深度和纵向cracksr QFull深度偏深，crackr。在本研究中所作的假设进行了讨论。首先，涂抹的概念是用来模拟预先存在的裂缝。如果裂纹存在的积分点，开裂是仿照通过调整的材料性能，有效地将裂纹视为“涂抹带”的裂缝，而不是离散裂缝。因此，裂纹是理想化的无限数量的平行裂缝的元素。其他的假设包括裂纹元素的面积和长度和裂纹的深度。不同数量的破获元素的假设，只有在这种情况下，产生最大的影响，本文提出的。的裂缝被假定为运行的整个长度的桥梁在横向和纵向方向。最后的假设是以深度的裂缝。这是很难测量的深度，在该领域的裂纹，因为只有顶部表面的裂缝是可见的，由于使用的停留在模板或由于缺乏可访问性。然而，在模拟中，使用一个分层的壳单元使模拟不同的裂纹深度。

应当注意的是，梁单元的材料特性被假定为线性弹性，因为在使用荷载作用下的桥梁的应力远小于钢屈服极限。应当注意的是，次要元素不为这部分研究建模。

图12显示了LDF从非线性比较分析考虑桥面开裂和线弹性分析qbase FEMR为选定的桥梁。可以

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