整联现浇预应力混凝土连续箱梁锚固区数值分析

地下工程预应力锚杆支护数值模拟分析摘要：现有支护方式、支护构件和协同支护理论为基础，在不考虑原岩应力的条件下，应用FLAC3D模拟软件对锚杆、锚索不同预应力值匹配方案进行模拟支护，获得合理预应力值匹配方案，并进行实地实验，获得良好支护效果。

关键词：协同支护；预应力；数值模拟前言我国煤炭企业支护成本高的主要原因：一是受锚杆预应力低影响，巷道开挖后，无法向巷道围岩提供足够大的及时支护力，围岩失去承载能力，增加锚杆支护密度；二是一味追求高强度、高刚度的支护构件，并未考虑各支护材料之间的协同，加大施工难度和增加支护材料浪费，降低掘进效率，间接增加支护成本。

1 锚杆、锚索预应力协同支护原理1.1 协同支护原理协同支护是基于对各支护构件中各因素考虑，合理匹配各个因素，使得充分发挥各支护材料的性能与作用，所产生的总力量远大于各支护材料的力量总和，充分体现协同支护的优越性与支护本质。

协同支护可分为广义协同支护和狭义协同支护。

而广义协同支护包括围岩、环境与支护体的协同效应、不同支护体的协同效应以及同一支护体支护参数间的协同效应。

1.2 锚杆、锚索预应力协同支护原理锚杆、锚索协同支护被作为协同支护的重要组成部分，由于预应力值对协同支护至关重要，因而将二者的预应力值匹配作为主要变量进行研究。

巷道开挖后，预应力锚杆及时向巷道围岩提供支护力，改变顶板受力状态，抑制锚固区围岩产生离层、滑动和新的裂纹等，使围岩处于受压状态，形成组合梁结构提高围岩抗压和抗剪能力。

2 杆锚索预应力值匹配方案模拟2.1 模拟方案在不考虑原岩应力的条件下，应用有限差分计算软件FLAC3D对锚杆、锚索预应力引起的锚杆、锚索预应力场进行模拟，通过在巷道围岩中形成的压应力值和压应力场范围求得二者合理预应力匹配值。

巷道为矩形，宽×高=3.0m×2.0m，巷道直接顶、基本顶分别为粉砂岩、泥岩，平均厚度分别为3.26、30.85m。

巷道布置在煤层中，沿顶板掘进。

现浇箱梁预应力张拉、压浆及封锚一、预应力张拉(1)张拉平台腹板束张拉位于箱梁顶面，顶、底板束张拉在梁腔内进行，横隔板处预应力张拉设置张拉作业平台，确保作业人员安全；张拉平台由既有现浇梁支架改造而成，利用工12型钢和原有贝雷架做支撑，然后设置上下爬梯、脚手板、护栏、挡脚板、安全网等。

张拉平台示意如图所示。

图1张拉平台示意图(2)预应力张拉顺序当箱梁混凝土立方体强度达到设计混凝土强度等级的100%以上且龄期达到7天后方可进行预应力钢束张拉。

预应力钢束张拉顺序为: 通长腹板束一顶、底板束；顶、底板束张拉时，应先张拉靠近中腹板处钢束，顶板束与底板束张拉应上下交替进行。

张拉程序为：Of初始张拉吨位(10% o con) -*100% o con张拉吨位f持荷2分钟锚固，ocon为预应力钢绞线锚下张拉控制应力(非千斤顶油泵显示值)，锚下张拉控制应力。

con=0.75fpk。

钢束张拉时要对称进行，采用双控，以张拉力为主，引伸量作为参考。

(3)预应力张拉伸长量计算预应力束张拉采用张拉应力与伸长量双控，当张拉应力达到控制应力时，实际伸长量应在理论伸长量的-6%〜+6%范围内。

实际伸长量值应扣除钢束的非弹性变形影响。

预应力张拉前，需根据施工图设计钢束曲线要素进行伸长量核算，预应力筋的理论伸长值的计算公式如下：L工〃 ApEp式中：L -预应力筋的长度(mm)(空间曲线长度)；A”预应力筋的截面面积(mm2)(理论截面面积)；心-预应力筋的弹性模量(N/min2 )(实测弹性模量)；2-预应力筋的平均张拉力(N)。

直线筋可取张拉端拉力，两端张Pp = ---------- 式中：P拉的曲线筋按下式计算：米+〃-预应力筋分段起始端的拉力(N)；X-从分段起始端到计算截面的孔道长度(m)；从分段起始端到计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和(rad)；口考虑孔道(每米) 局部偏差对摩擦影响的系数，预埋为塑料波纹管，设计给值为0.0015；预应力筋与孔道壁的摩擦系数，预埋为塑料波纹管，设计取值为0. 2o预应力筋张拉的实际伸长量(mm),可按下式计算：△L=AL I+"2式中：A。

预应力混凝土连续箱梁静载试验分析摘要采用有限元分析软件MIDAS/Civil建立了额木尔河桥预应力混凝土连续箱梁实体单元模型；采用该有限元模型对额木尔河桥在试验荷载作用下的挠度、相对残余变形和应变进行了分析。

关键词有限元挠度相对残余变形应变1．工程简介额木尔河桥位于黑龙江省大兴安岭地区的漠河县，跨越额木尔河，连接红旗林场与绿林林场。

该桥桥跨布置为28m+35m+28m，箱梁横断面为单箱双室。

桥面宽度为净9+2×0.5m；设计荷载等级为公路Ⅱ级；混凝土设计标号为C50。

2．有限元模型建立采用有限元分析软件MIDAS/Civil建立额木尔河桥预应力钢筋混凝土连续箱梁有限元模型。

额木尔河桥预应力混凝土连续箱梁有限元分析模型总节点数为77755，实体单元数为59496，梁单元数为728。

3．静载试验研究3.1 测点布置(1)挠度测点布置根据本次荷载试验内容，本次荷载试验挠度测点布置见图2。

(2)应变测点布置本次荷载试验在该桥第2孔跨中截面沿梁高布置应变测点，具体情况见图3。

3.2 试验结果3.2.1挠度测试结果分析挠度试验结果和计算结果见表1。

表1 挠度测试结果（mm）由表1可以看出，在试验荷载作用下，各主要测点挠度校验系数为0.70~0.84，在预应力混凝土梁挠度校验系数η的常见值0.70~1.0范围内，满足规范要求，说明该桥竖向刚度较大。

第2孔跨中挠度测点实测荷载—挠度曲线如图4所示。

由上图可以看出，在各级试验荷载下，该桥第2孔跨中实测荷载—挠度曲线基本呈现线性变化，说明结构处于弹性工作状态。

3.2.2应变测试结果分析应变测试结果及理论计算结果见表2。

表2 第2孔跨中截面应变测试结果（με）由上表可知，第2孔跨中截面应变校验系数为0.69～0.86，规范规定预应力混凝土桥应变校验系数范围为0.60～0.90，主要测点应变校验系数基本满足规范要求，说明结构强度能够满足使用要求。

第2孔跨中截面实测荷载—应变曲线见图5。

混凝土梁的预应力及计算方法一、前言混凝土结构中，梁是起承重作用的重要构件之一。

在设计混凝土梁时，为了提高其承载能力和抗震性能，通常会采用预应力技术，使其在荷载作用下能够具有足够的抗弯和抗剪能力。

本文将介绍混凝土梁的预应力及计算方法，以帮助读者深入了解和学习相关知识。

二、混凝土梁的预应力技术1.预应力的概念预应力是指在混凝土梁内部施加一定的拉应力，使其在负荷作用下能够更好地发挥其承载能力和抗震性能。

2.预应力的类型预应力分为内预应力和外预应力两种类型。

内预应力是通过在混凝土梁内部张拉预应力钢筋或钢束，使其产生预应力的作用。

内预应力的优点是可以提高混凝土梁的抗裂性能和承载能力，但需要在混凝土梁内部进行张拉工作，施工难度较大。

外预应力是通过在混凝土梁外部张拉预应力钢束或钢绞线，将预应力传递到混凝土梁内部，使其产生预应力的作用。

外预应力的优点是施工方便，但其抗裂性能和承载能力略低于内预应力。

3.预应力的作用原理预应力的作用原理是通过预应力钢筋或钢束产生的拉应力，使混凝土梁内部的压应力增大，从而提高混凝土梁的承载能力和抗震性能。

预应力钢筋或钢束的张拉应力与混凝土梁的荷载作用方向相反，可以抵消部分荷载的压应力，使混凝土梁的抗弯和抗剪能力大大提高。

4.预应力的设计原则预应力的设计原则是根据混凝土梁的受力特点和工程要求，确定预应力的大小和位置。

预应力大小的设计应满足混凝土梁的受力平衡条件和变形限制条件，预应力位置的设计应满足混凝土梁的受力合理分布和变形控制要求。

三、混凝土梁预应力计算方法1.混凝土梁的受力特点混凝土梁的受力特点是在荷载作用下，其上部产生拉应力，下部产生压应力。

混凝土梁的抗弯能力主要由混凝土的抗压强度和预应力钢筋或钢束的拉应力共同发挥。

2.混凝土梁预应力计算步骤混凝土梁预应力计算的步骤包括混凝土梁的截面分析、混凝土梁的受力平衡和混凝土梁的变形分析。

（1）混凝土梁的截面分析混凝土梁的截面分析是指根据混凝土梁的几何形状和材料参数，计算混凝土梁的截面面积、惯性矩和抗压强度等参数。

预应力混凝土预应力损失的数值仿真预应力混凝土是一种通过在混凝土结构中施加预先应力，以增加其承载能力和耐久性的技术。

预应力损失是指预应力钢束或丝杆在施加预应力后，由于各种原因导致预应力损失的现象。

为了更好地理解和预测预应力混凝土结构中的预应力损失情况，数值仿真在工程实践中得到了广泛的应用。

一、预应力损失的原因和分类预应力混凝土结构中的预应力损失可以分为四个主要类型：弹性损失、摩擦损失、锚固损失和徐变损失。

1. 弹性损失：在施加预应力时，预应力钢束或丝杆会发生一定程度的弹性变形，这种变形称为弹性损失。

弹性损失会随着材料的刚度和几何形状而变化，通常可以通过理论计算得到。

2. 摩擦损失：摩擦损失是指预应力钢束或丝杆与周围混凝土之间的摩擦力导致的预应力损失。

摩擦损失的大小取决于钢束表面和混凝土表面的粗糙度、压力和钢束直径等因素。

3. 锚固损失：锚固损失是指预应力钢束或丝杆在锚固装置中的锚固长度不足或者锚固装置不理想导致的预应力损失。

锚固损失的大小取决于锚固装置的类型和质量、锚固长度以及周围混凝土的抗裂性能等因素。

4. 徐变损失：徐变损失是指在预应力施加后，由于混凝土的徐变导致的预应力损失。

混凝土的徐变是指在持续荷载下，混凝土结构会产生变形和应力的时间依赖性。

徐变损失的大小取决于应力水平、徐变性能和预应力保持时间等因素。

二、数值仿真在预应力损失分析中的应用数值仿真可以提供更准确和细致的预应力损失分析，帮助工程师更好地理解和预测结构的行为。

下面将介绍两种常用的数值仿真方法：有限元法和离散元法。

1. 有限元法：有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，可以用于模拟复杂结构的力学行为。

在预应力混凝土结构的预应力损失仿真中，有限元法可以模拟预应力钢束和混凝土的相互作用，进而分析预应力损失的分布和大小。

通过调整模型的参数，可以研究不同因素对预应力损失的影响，为实际工程提供科学依据。

2. 离散元法：离散元法是一种适用于颗粒间相互作用问题的数值计算方法，广泛应用于颗粒材料、岩土工程和地质工程等领域。

分析支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工控制技术摘要：本文结合项目实例对支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工控制技术进行分析。

首先概述了桥梁工程的实际情况，而后对支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工控制技术进行要点分析，包括桥梁施工控制仿真计算、比选桥梁支架现浇方案、桥梁线形控制结果、应力分析等。

关键词：支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥；施工控制技术；线形控制引言为保证桥梁施工以及成桥运营时期的线形和受力状态得到有效监测，本文通过建立有限元仿真模型的方式进行计算过程的模拟。

这种方式为桥梁施工控制的仿真模拟，能够获得更为有效的控制数据，进而保证后续的实际施工操作得到更多数据指导，保证工程施工质量以及过程的高效。

1桥梁工程项目概述某桥梁全长230m，上部为预应力混凝土连续箱梁结构，截面形式为单箱三室，下部为柱式墩以及钻孔灌注桩基础。

该桥梁采用的施工方法为满堂支架法，浇筑时以跨中为起点朝向墩顶进行，最后进行墩顶周围3m范围内，横隔梁以及纵向箱梁的浇筑。

2支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工控制技术2.1桥梁施工控制仿真计算为保证桥梁施工质量，本文采用有限元分析的方法对桥梁施工操作步骤进行科学控制，并检验施工技术操作可行性。

同时配合MIDAS/Civil跟Dr.BridgeV3.0两种有限元软件落实仿真分析操作，同时对两种软件的仿真结果进行对比，在桥梁施工控制阶段进行仿真计算时，主要内容是对施工阶段累积的结构位移进行分析。

经过比对，本工程采用的是整装分析法，结合混凝土收缩徐变，并综合其他影响因素得到的仿真结果是两种软件都发现本桥梁工程在建设过程中出现了一定的位移。

同时通过主要部位的位移数值对比，可以得到的结论是关键部位位移已是一个事实。

因为两种软件测得的变形数值较为相近，误差仅为0.13cm。

同时对成桥状态下的两种软件测量得到的支撑反力数值进行比较，可以了解到的是二者的误差数值小于0.05，满足要求。

由以上可知，通过仿真模拟技术方式落实的反力计算具备较强的可参考性。

CONTENTS概要1桥梁概况及一般截面1预应力混凝土梁的分析顺序2使用的材料及其容许应力3荷载4设置操作环境5定义材料和截面6定义截面7定义材料的时间依存性并连接8建立结构模型11定义结构组、边界条件组和荷载组12输入边界条件15输入荷载16输入恒荷载17输入钢束特性值18输入钢束形状19输入钢束预应力荷载22定义施工阶段24输入移动荷载数据28运行分析30查看分析结果31通过图形查看应力31定义荷载组合35利用荷载组合查看应力36查看钢束的分析结果39查看荷载组合条件下的内力421概要本例题使用一个简单的两跨连续梁模型（图1）来重点介绍MIDAS/Civil 的施工阶段分析功能、钢束预应力荷载的输入方法以及查看分析结果的方法等.主要包括分析预应力混凝土结构时定义钢束特性、钢束形状、输入预应力荷载、定义施工阶段等的方法，以及在分析结果中查看徐变和收缩、钢束预应力等引起的结构的应力和内力变化特性的步骤和方法.图1。

分析模型桥梁概况及一般截面分析模型为一个两跨连续梁，其钢束的布置如图2所示，分为两个阶段来施工。

桥梁形式：两跨连续的预应力混凝土梁 桥梁长度：L = 2@30 = 60.0 m2. m预应力混凝土梁的分析步骤预应力混凝土梁的分析步骤如下。

1.定义材料和截面2.建立结构模型3.输入荷载恒荷载钢束特性和形状钢束预应力荷载4.定义施工阶段5.输入移动荷载数据6.运行结构分析7.查看结果2使用的材料及其容许应力❑混凝土设计强度：初期抗压强度：弹性模量：Ec=3,000Wc1.5 √fck+ 70，000 = 3.07×105kgf/cm2❑预应力钢束(KSD 7002 SWPC 7B—Φ15。

2mm （0.6˝strand)屈服强度：→抗拉强度：→截面面积:弹性模量:张拉力: fpi=0.7fpu=133kgf/mm2锚固装置滑动：磨擦系数：3荷载❑恒荷载自重在程序中按自重输入❑预应力钢束（φ15.2 mm×31 （φ0.6˝—31）)截面面积：Au = 1.387 ×31 = 42。