双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值模拟5.12.doc

密 级： 公 开中图分类号：U448.21硕士学位论文双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值分析 学位类型： 学术型学位 学科（专业学位类别）： 土木工程 作者姓名： 导师姓名及职称： 实践导师姓名及职称： 学院名称： 土 木 工 程 学 院 论文提交日期： 2016年4月27日 双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值分析学位类型： 学 术 型 学 位 学科（专业学位类别）： 土 木 工 程 作者姓名： 作者学号： 导师姓名及职称： 实践导师姓名及职称： 学院名称： 土 木 工 程 学 院 论文提交日期： 2016年4月27日 学位授予单位： 湖 南 科 技 大 学 Experimental study and analysis on the Flexural Behavior of Concrete Box Girder Oriented to Double-deck TrafficType of Degree Academic Degree Discipline (Type of Professional Degree) Structure Engineering Candidate Student Number Supervisor and Professional Title Practice Mentor and Professional Title School Civil Engineering School Date April 27th , 2016 University Hunan University of Science and Technology 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要双层交通混凝土箱梁结合了混凝土箱梁结构的整体受力优势，通过合理改善普通混凝土箱形梁结构形式，使其顶、底板均成为桥面系，从而实现双层交通。本文在1:6的单箱三室双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能全过程试验基础上，通过合理选择材料参数和单元模型，利用 ABAQUS 软件对试验箱梁进行了全过程试验模拟分析，并在此基础上进行了相关参数分析，主要完成了以下几方面工作： （1）基于ABAQUS大型非线性软件，针对已有的箱梁试验成果，通过建立双层交通混凝土箱梁的数值模型，模拟其在相应荷载条件下（试验工况：上下板同时集中加载）从加载到破坏的整个过程，并将分析数据与相应的箱梁试验结果进行对比研究，试验与数值分析结果吻合良好，验证了该数值模型的可靠性和非线性分析的可行性。（2）在试验工况下，对试验箱梁模型的应变与整体变形（挠度）进行分析，研究了箱梁模型的跨中截面、开孔截面顶板混凝土压应变的分布情况，得出箱梁顶板应变分布不均匀，存在剪力滞现象;同时也对箱梁的整体变形（挠度）进行分析，得出底板加载对底板变形影响比较大。（3)通过调整荷载的加载位置（工况一：荷载全部作用于箱梁顶板）来判断对箱梁模型的抗弯性能影响。通过与试验工况下的分析结果对比，得出工况一作用下的箱梁承载力比试验工况要大。 （4）在箱梁模型底板支座原来只有四个，在此基础上增加四个支座（工况二），来判断其对箱梁模型的抗弯性能影响。通过与试验工况下分析结果对比，通过在底板支座截面加四个支座的这种支座方式可以改善箱梁两端底部支座处变形程度，同时可以减小箱梁的整体变形，提高承载力。 关键词：双层交通；混凝土箱梁；极限承载力；挠度；裂缝；受弯破坏AbstractDouble layer traffic of concrete box girder combines the overall mechanical behavior advantage of concrete box beam structure , improve ordinary concrete box girder structure rational by using the roof and floor all as the bridge deck system, and designs concrete box girder bridge orienting double deck traffic , which is a single box three rooms with the upper deck designing for motorized vehicle lane and the pavement, the bottom for the public traffic of urban light rail and internal chamber of the box girder can layout of the city pipeline and cable. It poured 1:6 scale test model in laboratory based on the double deck traffic concrete box girder bridges. This paper based on the whole process of bending property experiment of double traffic concrete box girder and use ABAQUS software to simulate the whole process test of box girder and analyse parameter, and completed the following several aspects of work:(1) Using ABAQUS, the nonlinear system, establishes a numerical model of double deck traffic concrete box girder, and analyse the load deflection curves, load -prestressed tendons stress increment curve , the mid-span section of the top and bottom of concrete strain distribution laws and the deflection laws, Which verified that using ABAQUS software, choosing suitable element models and material constitutive relations can simulate the double layer traffic concrete box girder deformation process accurately .(2)Through analyse the strain and deformation of the box girder test model in detail, it studies the pressure strain distribution rule of the roof concrete of the mid span section and opening- hole section of the box girder model ; It also studies the roof and floor deflection distribution rule of box girder transverse section and longitudinal section. And it obtains the conclusions that with the moment for each 153.8kN*m increase, concrete compressive strain increment of the same position in the top box beam is the same; After the box girder crack, concrete compressive strain increment of the same position increases suddenly; The concrete in intersection of the roof and side webs fail first.(3)Judge the effect of flexural performance on box girder model by adjusting the load position . Analysis results show that the the strain of the roof midspan section with the increasing load,and compared with the test load mode, the gap in the maximum strain of the top plate of the box beam with adjustment load is more and more, the mechanical behavior influence of loading in bottom side beam in test is greater than loading in top side beam in adjusted loading mode. The whole deformation degree with adjusted loading mode is smaller than the test loading mode, which illustrate that the bearing capacity of the top is better than the bbottom.(4) Judge the effect of flexural performance on box girder model by adding four supports on the box girder bottom support section. Analysis results show that through adding four supports in the floor support section, it can reduce the deformation of the box girder, improve the bearing capacity. As a whole, the deflection of the midspan section with adding four supports is smaller than the support mode in test, and the whole deformation of the box girder is greatly reduced under the same load level. The deflection value of the roof and bottom at support position is up to 0, which can improve the deformation degree of the support at both ends of the box girder.Key words: double deck traffic; concrete box girder; ultimate bearing capacity; deflection; crack; flexural failure.i 湖南科技大学硕士学位论文目 录摘 要iAbstractii第一章 绪论7 1.1课题来源与意义71.2国内外研究现状7 1.2.1 双层桥梁发展现状8 1.2.2 混凝土箱梁有限元分析研究动态10 1.3课题的提出121.4研究路线及技术路线 13 1.5主要研究内容13第二章 双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能全过程试验数值模拟152.1引言15 2.2.1试验箱梁模型的基本情况16 2.2.2试验箱梁模型加载制度与主要试验结果20 2.3有限元模型的建立24 2.3.1单元及材料的选取24 2.3.2建模过程 312.4有限元计算结果与试验结果对比分析352.4.1弯矩-挠度曲线对比35 2.4.2应变分析382.4.3变形分析422.5本章小结53 第三章 双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能参数分析553.1概述55 3.2 荷载作用位置的不同对箱梁模型抗弯性能的影响563.2.1弯矩-挠度曲线对比563.2.2应变分析573.2.3变形分析59 3.3底部支座位置的不同对箱梁模型抗弯性能的影响66 3.3.1弯矩-挠度曲线对比663.3.2应变分析67 3.3.3变形分析69 3.4本章小结76第四章 结论与展望794.1本文主要的结论794.2进一步工作展望80参考文献 83致谢85 附录A：硕士学位期间发表的论文及专利成果 87附录B：硕士学位期间参与的科研课题及技术服务项目89 湖南科技大学硕士学位第一章 绪论1.1 课题来源与意义根据普通的箱梁桥梁的特征，它的整体性能好，抗扭的刚度大，多样的施工方法，而且现在桥梁中主要应用到的这种混凝土箱梁结构。通过改善混凝土箱形结构，用来构造可以实现双层交通的箱梁截面型桥梁， 这种结构通过合理改善，可以将普通的混凝土箱梁结构保证必要的净空要求，还会将常常有的横隔板给取消，可以使上顶板、下底板都成为桥面，还要同时在腹板上设置定量的孔洞，用作通风、采光和消防等一些方面。这样的双层交通混凝土箱梁结构，它的优点既能充分把箱梁的内部结构空间发挥出来，又能实现我们要求的双层交通的功能。根据以上所知，双层交通混凝土箱梁是实现我们所要达到的节约土地资源理念的理想结构形式。但是传统的箱梁能不能直接用在这种理念的箱梁新型结构上，是需要进一步进行探讨。本文结合导师国家自然科学基金资助项目（项目编号：51378202）在双层交通混凝土箱梁抗弯性能试验研究的基础上，利用 ABAQUS软件对试验进行数值模拟，进一步针对影响箱梁抗弯性能的各项因素，如加载点位置不同和支座数量的增加等进行参数分析，以探讨各项因素对此类箱梁抗弯性能的影响，为此类箱梁的工程实践和推广提供理论分析依据。 1.2国内外研究现状根据本文将要进行研究的主要内容以及所使用的研究方法，针对双层交通混凝土箱梁模型构件，分别从双层桥梁的发展现状、混凝土箱梁有限元分析研究动态两个方面进行文献阐述。1.2.1 双层桥梁发展现状世界经济的飞速发展给城市交通带来了巨大压力，交通拥堵已成为城市里司空见惯的现象，城市中建成的跨江跨河桥梁已不能满足现有的交通流量，部分城市的桥梁每当在车流高峰期时便陷入了瘫痪的局面，于是各国的桥梁建设中以通过加大桥面板的宽度来缓解交通流量，建造宽桥虽然能在一定程度上缓解交通流量，但是宽桥的建造不仅占地较多，工程造价较高而且缓解交通流量有限，设计施工的难度较大，因此桥梁建设的专家学者为克服这些建造宽桥的不足，通过已有的公铁两用的钢桁梁桥，创造性地提出了可实现双层交通的双层桥的概念1。19世纪中后期首先在欧美国家出现双层桥，其主梁的截面形式一般为双层桁架，主要功能为公铁两用2。 20世纪60年代，预应力混凝土箱梁双层桥在国外出现。最早的双层桥是莱翁哈特教授设计的委内瑞拉卡罗尼河桥，它建于 1964 年，其上层顶板设计为汽车车道桥面，下层底板两侧悬挑悬臂板设计为人行道，主跨达96m，梁高 5.4m，与此相同的还有澳大利亚佩思城的蒙脱亨利桥，以上两座桥梁均没有利用箱内底板通车，仅将人行道设置于箱梁下层，并没真正满足双层交通桥梁的功能，所以它们仅是双层交通桥梁的雏形3。 1980年建成的奥地利帝国桥是世界上第一座满足双层交通的多功能箱梁桥，其主要功能为公路与地铁两用，主跨169.6米，全长864.5米，箱梁上层顶板布置为6车道公路，箱梁室内空间底板铺设地铁轨道，同时在箱梁底板处设置了悬挑板，以此作为2×3.5m的人行通道，充分利用了箱内空间，其不仅有效缓解了交通流量，而且有效控制了交通分流，杜绝了交通混乱现象。帝国桥的建成在桥梁设计与创新方面有了很大的突破，为发展城市双层交通提供了宝贵的经验，同时是混凝土箱梁桥发展史上的里程碑4。双层交通桥梁的发展在国内起步较晚，1934-1937年建成钱塘江大桥，它是我国第一座建成的上下双层公铁两用的钢结构桁梁桥，其全长1453m，分引桥和正桥两个部分，正桥十六孔，桥墩十五座，上层桥面作为公路双车道6.1m宽，两侧人行道各1.5m。1957年建成的武汉长江大桥，其主梁仍然采用了双层钢桁架，桥梁总长为1670m，其中桥面总高度80m，桥梁上层为双向四车道公路，宽度为18m，人行道2.25m设在两侧，桥梁下层14.5m宽为双线铁路。1997年开始建设的芜湖长江大桥，其桥型为公、铁两用钢桁梁斜拉桥，全长10521m，同样在上层桥面设计为公路，它的行车道宽度18m，分别在两侧设置1.5m宽的人行道，公路桥长达到6078m；下层设计为双线铁路，铁路桥长为10616m，它采用大跨度连续钢桁梁斜拉桥式，首开我国公路、铁路两用斜拉桥先例，其主跨312m，居国内公路、铁路两用桥之最，实现了双层交通5。20世纪80年代期间，开始对双层预应力混凝土连续梁桥展开探讨和一系列的可行性研究，然而并未受到足够多的重视6。直到1994年，我国建成了第一座最长的双层交通大桥，其主桥采用的是双层单箱大跨度预应力钢筋混凝土连续箱梁，上层顶板宽23m为机动车道，下层底板两侧各设宽6m的为非机动车道和人行道。2005年建成开通的澳门西湾大桥，它就是世界上第一座实现箱梁内外交通的以全预应力混凝土箱梁的斜拉桥，在桥的顶板上层设为双向六车道公路，底板下层设为双向两线的轻轨和两线机动车道。其跨度在双层混凝土桥梁中是目前世界上最大的跨度，它通过取消箱梁内常规设置的横隔板来满足箱内通车的要求，同时为了满足西湾大桥采光、通风的要求在腹板位置开设了必要的通风孔洞。澳门西湾大桥的建成是混凝土箱梁在双层交通桥梁建设当中一次伟大的实践应用，也是桥梁工程界一次重大突破，同时为我国多车道公铁合建及城市轻轨、立体交通建设提供了新的设计思路和新的施工方法7。近几年，国内大部分省份都倾向于建设双层桥梁，其双层交通桥梁的应用越来越广，例如2012年底开工在建的武汉杨泗港大桥是世界上跨度第二大的悬索桥、同时也是武汉首座双层公路长江大桥，工程采取一跨过江、主跨为1700m的悬索桥方案，按照双层12车道设计，上层设计为6车道快速公路，下层设计为6车道城市主干道路，人行道设置在两边。由之前的公铁两用转为双层公路桥，同时，苏州也准备开建首座双层公路桥；于2013年，武罐高速公路的其中一段，甘肃首座高速公路双层特大桥-洛塘河双层高架特大桥合龙，标志着双层桥梁技术应用越来越广。综上所述，双层桥梁的发展从钢桁架双层桥到预应力混凝土箱梁双层桥，这两个阶段相比较而言，前者发展较早，技术成熟，但是对工程的造价较高，其应用范围主要在跨江、跨河的大跨度桥梁中；后者结构形式沿用了箱梁结构，把箱梁的所有优点全部发挥，特别适用于土地资源更紧张、造价更高昂、结构形式相对较为单一的城市里3060m的中、小跨度城市桥梁。在这种中小跨径城市桥梁中，此结构形式能运用轻轨、公路来满足双层交通的需要，在有限的占地资源里，有效缓解交通流量，同时大幅降低工程投资成本。当前国内外学者虽然在已建成的双层交通桥梁基础上，有针对性地展开了力学性能的试验研究及分析，但双层交通混凝土箱梁的设计方法及力学性能研究相对较少，研究深度和广度都不够。针对这种箱梁结构仍然没有得出合理的设计方法，也未形成成套的技术系统。为了使双层交通混凝土箱梁这种结构形式的设计方法和力学性能形成一套完整的知识体系，对其进行一系列的试验研究与理论分析有着重大的意义8。1.2.2 混凝土箱梁有限元分析研究动态 自从上世纪60年代Ngo和Scordelis9等人首次将有限元分析的理论思想引入到钢筋混凝土结构计算中以来,混凝土结构的有限元分析有了长足的发展,并取得了一定的研究成果。 (l)理论方面Nilsson在1968年开始将非线性的问题引入有限元分析中进行讨论,他试图在对混凝土结构有限元分析时考虑到混凝土的非线性本构关系以及混凝土与钢筋间的非线性粘结关系10。Zienkiewicz在上世纪70年代初将等参单元纳入钢筋混凝土的组合单元中,并提出了一个适合于混凝土的屈服准则,基于塑性增量理论建议了一个本构关系模型11。美国学者WC.Schnobrich试图将钢筋等效成混凝土,再统一计算刚度矩阵。这种“弥散”钢筋的方法计算简单快速,在大体积钢筋混凝土结构的分析中适用性较好12。同济大学的朱伯龙等在考虑裂面接触效应的前提下,对在周期荷载作用下的钢筋混凝土构件滞回曲线进行了深入的研究13。国内学者赵国藩和宋玉普针对钢筋与混凝土结合面的粘结滑移性能、钢筋粘结锚固机理以及在周期反复荷载下局部粘结滑移关系做了大量的试验研究,并取得了一定的成果14。(2)模型研究方面Rabczuk T.&Eibl J等采用有限单元法研究了静力荷载作用下的预应力混凝土梁,在研究中,考虑了钢筋与混凝上之间的粘结滑移,混凝土用实体单元进行模拟,钢筋则采用梁单元。经过分析对比,计算模拟的结果与试验数据之间吻合得很好15。赵曼、王新敏、高静等人曾对预应力简支矩形梁进行了有限元分析,总结出了利用ANSYS分析预应力混凝土结构时的建模技巧以及预应力施加方法,并将计算结果与理论计算值进行了比较,但仅限于线弹性阶段的分析16。司炳君、孙治国、王清湘结合试验研究利用ANSYS程序对预应力混凝土简支箱梁进行数值模拟,对该梁的安全性能进行评价。但计算未到达破坏即停止17。浙江大学的黄志鹏基于大型有限元程序ABAQUS,在考虑三向预应力的情况下,采用三维实体单元箱梁整体空间分析模型,对箱梁进行了整体应力分析,并与采用空间梁单元的计算结果进行了分析对比18。西安建筑科技大学的李宝雄在ANSYS平台上对预应力混凝土T形梁进行了有限元分析,考虑了混凝上的非线性本构关系,探讨了在复杂配筋情况下结构的快速建模技术,并通过与现场静载测试数据相对比,验证了该有限元模型的简便性与正确性l9。湖南大学的谢奕欣利用ANSYS软件进行混凝土结构非线性分析的方法和技巧。结合无粘结预应力混凝土梁承载力试验,建立了梁在单调和反复荷载作用下的分析模型,分析了混凝上梁在单调和反复荷载作用下,不同参数对无粘结预应力混凝土梁的弯曲性能的影响20。浙江大学的王志鹏利用ABAQUS实体单元建立空间有限元模型，并与采用空间梁单元的计算结果进行了对比分析，讨论了在预应力作用下的箱梁顶板和底板的正应力分布情况，同样利用ABAQUS三维实体单元建立箱梁整体空间分析模型，并用独立的杆单元模拟三项预应力筋的作用，对箱梁整体进行应力分析21。浙江大学陈嘉毅采用了ABAQUS提供的混凝土损伤塑性模型对单锚进行了弹塑性分析。通过线弹性分析结果与弹塑性分析结果的比较,确定了单锚模型在锚固压力下的弹性范围。精确的弹塑性分析结果也能够揭示出锚固区混凝土从初始开裂至破坏全过程中应力分布的变化情况22。长安大学程丽倩运用 ABAQUS 分析了悬臂施工连续刚构箱梁桥腹板反向斜裂缝产生的原因。借助 ABAQUS 软件计算各种工况下腹板沿预应力方向预应力筋附近混凝土的主拉应力，并分析了造成腹板方向开裂的原因，对比分析了考虑预应力管道和不考虑预应力管道应力分布的差异23。总的来看,基于各种有限元软件特别是ABAQUS的混凝土箱梁结构的线弹性分析己经形成了一套理论,应用也较为成熟,有了不少研究成果,混凝土箱梁结构的非线性分析也正在迅速发展中。而对于箱型截面梁,特别是预应力钢筋的箱梁,由于其截面相对复杂,预应力钢筋的布置较为特殊,相关的有限元分析的研究和方法都还不成熟,有待于进一步完善。如何快速准确地建立双层交通混凝土箱梁的有限元分析模型,在考虑其材料非线性、几何非线性甚至双重非线性的情况下,模拟其荷载条件下从加载到破坏的整个过程,将是我们今后的研究中需要重点讨论的问题。1.3课题的提出在考虑利用现有城市土地资源基础上，桥梁建设的工程师创造性地提出了双层交通的概念，以通过双层桥梁的发展建设来缓解城市交通流量，其将发展为城市公铁两用桥和公路双层桥。双层桥梁的设计和应用，不仅解决了现有城市土地资源紧缺的问题，而且极大缓解了城市交通流量，近年来，关于双层桥的技术及应用得到飞速发展，其成为中小型城市桥梁发展应用的趋势，因此，针对双层交通的桥梁，有必要对它进行设计优化、结构受力方面的研究。本课题组针对桥梁建设应用最广泛的混凝土箱型梁构件提出了面向双层交通混凝土箱形梁的设计方法及研究思路，它是通过合理改善普通混凝土箱形梁结构体系，保持必要的箱内净空，取消常规设置的横隔板，并在腹板上开设必要的孔洞，将其顶、底板均作为桥面系，实现双层交通，使城市桥梁在有限的土地资源及布置空间内极大地提高交通效率、改善桥梁通行条件，为城市多车道公铁合建及城市轻轨、立体交通建设提供新的结构型式。本文所述的双层交通混凝土箱梁是一种单箱三室混凝土箱梁，其上层桥面板的功能为机动车行驶与人行，下层桥面板分为中室和边室，在中室主要铺设大量供水、供电、供气等辅助设备及布置逃生检修通道，边室的功能为城市轻轨交通，相比于普通箱梁主要有以下特点：加大了截面的尺寸、取消了横隔板、加设了横向加劲肋、在腹板开设较大孔洞、受双层荷载作用等。本课题组的其他研究生对此双层交通箱梁进行了弹性阶段的试验，其中包括了支座简支形式与悬臂形式的均布荷载作用下的受力研究，以及集中荷载作用下的箱梁纵向和横向应力的研究，详见文献24-27。还有近期完成了其全过程抗弯破坏试验28。本文结合课题组的国家自然科学基金项目面向双层交通混凝土箱形梁受力机理及设计方法研究（项目批准号：51378202），由于这个双层交通混凝土试验模型还未进行全面分析，所以在箱梁抗弯性能全过程破坏试验基础上，对双层交通混凝土箱梁的试验模型开展了受弯性能的数值模拟，重点介绍了建模过程、试验与分析结果对比、不同工况下分析结果对比。1.4研究路线及技术路线 采用已有箱梁试验数据分析、数值模拟相结合的方法进行研究。1） 在充分了解和掌握城市桥梁交通现状，和已有的双层交通混凝土箱梁构件的基础上，通过建立相应的分析模型。2) 进行abaqus软件计算分析，验证abaqus软件分析的结果与试验对比，是否有可行性。3) 在abaqus软件计算分析全过程模拟双层交通混凝土箱梁的基础上，不同荷载作用下、不同支座数目对箱梁受力性能的影响。4) 寻找得出构件受力规律及相关构造要求，为本项目双层交通混凝土箱梁应用的提出一定的理论基础。1.5主要研究内容（1）双层交通混凝土箱梁受弯性能数值模拟 利用大型非线性分析软件ABAQUS对已有的双层交通混凝土箱梁试验模型进行仿真模拟，探讨ABAQUS软件分析的可行性。本人将采用ABAQUS 软件对双层交通混凝土箱梁进行数值分析。主要分析在腹板设置孔洞情况下引起的箱梁受弯性能及其破坏形态，荷载位移曲线，截面高度应变分布，并进一步得出双层交通混凝土箱梁受弯应力分布规律。（2）各种参数对双层交通混凝土箱梁受弯性能影响 在以上的基础上进行不同工况下箱梁抗弯性能分析，比如荷载全部加载在顶板，并进一步得出双层交通混凝土箱梁受力性能规律。（3） 找出双层交通混凝土箱梁抗弯性能全过程规律。- 85 - 湖南科技大学硕士学位第二章 双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能全过程试验数值模拟2.1引言双层交通混凝土箱梁因为其截面的特殊性,其受力特点与其他截面形式梁相比也更为复杂。目前,对箱梁受力性能的研究,试验和现场实测仍是主要手段,而随着研究的深入,理论解析法、数值法也都应用到箱梁的分析中来。近年来,随着计算机的发展以及有限元理论的完善,有限单元法在工程领域的应用范围不断扩大,同样在预应力混凝土箱梁结构分析中也显示出了强大的生命力。和以往的分析方法不同,有限元方法具有以下几个突出的特点:(1)和试验相比,有限单元法可以获得更多的结构数据。例如结构位移、截面上的应力和应变的分布等等,因而可以更全面地反映结构的受力状态;(2)有限单元法对于非线性问题的处理更为完善;(3)对于处在各种复杂的边界条件下的结构,有限单元法都能精确求解。随着国家经济的繁荣，计算机技术不断发达，有限元分析过程中能选用的软件有如 ABAQUS、ANSYS、PATRAN/NASTR、HYERMESH、ADINA。其中ABAQUS29-31在国际上是一套先进的功能强大的工程模拟计算有限元分析软件，而且它有很强大的非线性力学分析能力，它可以分析复杂的工程力学问题,其驾驭庞大求解规模的能力,以及非线性力学分析功能均达到世界领先水平。ABAQUS在在非线性分析过程中会自动选择出合适的收敛准则及荷载增量，同时在非线性分析过程中自动不断地调整这些参数，最后得到精确的结果32。之前已经做过了关于双层交通混凝土箱梁的抗弯全过程试验。因此，本章将在双层交通混凝土箱梁的抗弯全过程试验研究的基础上，利用 ABAQUS 软件对试验箱梁进行非线性有限元数值分析，通过分析得到的的荷载-挠度变化曲线，荷载-预应力筋应力增量变化曲线和荷载-混凝土应变变化分布曲线与试验结果进行对比验证，以探讨 ABAQUS 软件在双层交通混凝土箱梁受力性能研究中应用的可行性，为 ABAQUS 软件在后续研究工作中的应用提供可靠的依据。2.2双层交通混凝土箱梁模型抗弯全过程试验研究简介2.2.1试验箱梁模型的基本情况1、试验箱梁模型的截面尺寸双层交通混凝土箱梁试验模型是根据实际设计桥梁按照1:6的缩尺比例设计浇筑而成的，其采用宽顶板、窄底板、斜腹板的梯形单箱三室截面，边腹板为斜腹板形式，在腹板上开设必要的矩形孔洞，同时取消常规设置的横隔板，用横向加劲肋加以替代横隔板，使其顶板、底板均成为桥面系, 以确保箱内外车辆通行。根据双层交通混凝土箱梁与混凝土框架结构的相似性，试验箱梁按照梁板理论及框架理论进行结构设计，在梁板理论中，将顶板与底板作为板，腹板与代替横隔板的横向加劲肋作为梁考虑，进行板与梁的设计；在框架理论中，将腹板作为两部分考虑，其中与顶底板交接处一定高度的腹板作为框架梁，其余腹板作为框架柱，支座处横向加劲肋作为框架梁，进行腹板及支座截面的设计。考虑到试验箱梁现实尺寸与设计尺寸有误差，对试验箱梁的实际几何尺寸进行了测量，测量所得的试验箱梁实际长度是8080mm，高1240mm，顶、底板宽分别是3960mm和2403mm，具体尺寸如图2.1-2.4所示。试验箱梁的截面配筋图与实际模型图如图2.5、2.6