某异型桥墩的开裂原因分析

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1、某异型桥墩的开裂原因分析摘要：使用土木结构仿真分析软件midasFEA建立某异型桥墩的实体有限元模型，进行非线性分析，以研究此桥墩开裂的原因。分析结果表明，在设计荷载作用下，桥墩顶凹槽处出现较严重的裂缝，与实际发生的裂缝情况接近。通过有限元仿真分析，找到了某异型桥墩在上部结构施工过程中开裂的原因。关键词：桥墩；裂缝；midasFEA；非线性分析中图分类号：U443.22文献标识码：A文章编号：一、工程概况某异型桥墩在上部结构施工过程中，发现在墩顶凹槽处产生了较宽和较长的裂缝，裂缝斜向下往左右两侧发展，裂缝宽达lcm0为了研究此桥墩开裂的原因，有必耍使用仿真分析软件对其建立实体模型并进

2、行非线性裂缝分析。二、建立模型某异型桥墩墩顶宽7.8cm,墩底宽6.Ocm,墩高3.6cm,采用C40泯凝土浇筑。使用土木结构仿真分析软件midasFEA建立此桥墩的实体模型，进行非线性分析。桥墩混凝土采用四面体单元模拟，钢筋采用midasFEA非常有特色的钢筋单元模拟，钢筋单元和混凝土单元无需手动耦合，程序可自动处理。上部结构传下來的单个支座压力荷载设计值总和为30600kN/m2,用施加面压力荷载的形式施加在支座底盘区域。混凝土轴心抗压强度取26.8MPa,轴心抗拉强度取2.4MPa，钢材屈服强度400MPa。墩底固结,忽略承台弹性变形的影响。桥墩有限元分析模型如图2.1所示。图

3、2.1桥墩有限元分析模型图3.1初始裂缝法向应力图三、计算结果为了研究某异型桥墩在支座压力设计荷载作用下的受力状态，对其进行考虑材料非线性的裂缝分析。混凝土本构模型采用总应变裂缝本构模型，受压裂缝模型采用了Thonmfoldt模型，受拉裂缝模型采用了理想破坏（Constant）模型，忽略横向裂缝及横向约束对混凝土强度的影响，采用修正的牛顿拉普森（MNR）迭代法进行计算。从初始裂缝法向应力图（图3.1）中可以看出，当荷载达到10710KN/rtf时，桥墩顶凹槽直角处首次出现裂纹。随着荷载的不断增大，裂纹的数量和范围都得到了充分地发展，当单个支座压力荷载达到30600处7叶时，裂缝已发展

4、至整个凹槽区域，但计算仍然收敛，说明在设计荷载作用下，桥墩还未到极限状态。inidasFEA结果中用小圆片表示裂纹的状态和裂纹发生的位置，小圆片的法向即为开裂方向。在墩顶凹杷j区域分布着大量的三向正交圆片，说明该区域混凝土裂缝发展较为充分。设计荷载下的裂缝法向应力图如图3.2所示。图3.2设计荷载下的裂缝法向应力图图3.3极限荷载下的裂缝状态为了研究裂缝的极限状态，得到与极限状态対应的极限荷载，继续增大计算荷载，进行非线性裂缝分析。分析结果表明，在单个支座压力荷载达到40160KN/m2时，计算是收敛的。桥墩顶凹槽直角区域逐渐进入塑性状态，裂缝的宽度和带域都得到了充分地发展，其范围扩

5、散到整个凹槽区域。当继续增大计算荷载时，计算不再收敛，说明结构裂缝的发展到无法继续计算的程度，可以认为40160kN/m2为桥墩裂缝分析的极限荷载。极限荷载下的裂缝状态如图3.3所示。四、结论(1)在单个支座压力为10710KN7m2的荷载作用下，桥墩顶凹槽直角区域将达到混凝土的抗拉强度，首次出现微量的裂纹。(2)随着荷载继续增大，桥墩顶凹槽直角区域将出现沿顺桥向贯通的裂纹带，并一且在紧邻直角的区域裂纹发展较为充分，其他区域相对较弱。不过当计算荷载增大至设计荷载30600KN/m2时，桥墩顶凹槽处开裂比较严重，与实际发牛裂缝情况接近。(3)当单个支座压力荷载增人到40160kN/m2

6、时，桥墩的裂缝宽度和带域都将得到充分发展，其范围扩散到整个凹槽区域，结构达到极限状态,说明此为桥墩裂缝分析的极限荷载。此极限荷载仅为理想强度下的理论计算值，实际结构在考虑材料的超强效应等影响后，极限荷载可能会相应地冇所提高。(4)基本可判断此桥墩在上部结构施工过程中产生较严重裂缝的主要原因是设计考虑不足。参考文献[1]中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004[M].北京：人民交通出版社，2004.[2]北京迈达斯技术有限公司.midasFEA分析与计算原理[M].北京：北京边达斯技术冇限公司，2008.[1]北京迈达斯技术有限公司.mida

7、sFEA预应力箱梁桥抗裂分析.北京：北京迈达斯软件有限公司，2008.[2]吝红育，刘永健，张淑云.基于总应变裂缝本构的矩形钢管—钢管混凝土组合桁架静力性能分析[〕]•武汉：武汉理工大学学报，1671-4431(2011)09-0091-06.