某梁橋檢測(cè)技術(shù)和ANSYS 模擬分析結(jié)合

周 瑾 楊興彪

(1.坤元資產(chǎn)評(píng)估有限公司，浙江杭州 310017; 2.桐廬縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，浙江 桐廬 315500)

0 引言

某橋梁為三跨后張預(yù)應(yīng)力空心板簡(jiǎn)支梁橋，原設(shè)計(jì)等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，每跨跨度為16 m，橋面寬27.6 m，由27塊梁板組成，單塊梁板寬0.99 m，2004年竣工?；炷敛牧先缦?橋面板C40、立柱、蓋梁C30混凝土。長(zhǎng)二河橋的平面圖、立面圖和斷面圖見(jiàn)圖1。因建造高架橋工程需要，施工單位擬在橋上中間跨設(shè)置兩道臨時(shí)支架，間隔10 m，線荷載最大:392 kN/m，平均264 kN/m，用于承受上部高架橋施工傳來(lái)的荷載。為了驗(yàn)證該橋是否能夠承受上部高架施工傳遞下來(lái)的施工荷載，該橋板上部結(jié)構(gòu)在施工荷載作用下是否安全，從而為高架橋施工方案確定提供技術(shù)依據(jù)，我們采用ANSYS有限元軟件精確分析了該橋受力情況，然后采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 理論計(jì)算及結(jié)果

因工程需要在橋梁上搭設(shè)的支架改變了橋梁本身用途，梁板的受力模式有所改變，需要較為詳細(xì)地了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力情況。梁板單元類型選擇實(shí)體單元，模擬其在施工荷載加載下結(jié)構(gòu)的受力情況，兩端支座約束采用固定。根據(jù)委托方提供的布置圖，建立的有限元模型見(jiàn)圖2，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3～圖9，數(shù)值結(jié)果見(jiàn)表 1，表 2。

2 實(shí)測(cè)結(jié)果

2.1 撓度

表3為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，列出了第11榀和第14榀梁板在各級(jí)荷載作用下的跨中撓度。第11榀和第14榀梁板跨中撓度曲線見(jiàn)圖10，圖 11。

圖1 某簡(jiǎn)支梁橋平面、立面和斷面圖

2.2 應(yīng)變

箱梁底板和頂板(內(nèi)壁)混凝土的應(yīng)變和正應(yīng)力見(jiàn)表4，表5。

圖2 結(jié)構(gòu)模型圖

圖3 撓度計(jì)算結(jié)果（最大值17.7 mm跨中）

圖4 板頂壓應(yīng)力圖（最大17 MPa）

圖5 單根梁剖面圖

圖6 板底面正應(yīng)力圖（拉應(yīng)力最大11 MPa）

圖7 梁板剪應(yīng)力（9.1 MPa）

圖8 梁板剪應(yīng)力剖面圖

圖9 腹板剪應(yīng)力（Syz=6.5 MPa）

3 結(jié)構(gòu)承載能力分析和評(píng)估

撓度校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表6，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表7。

表1 各梁板上部最大壓應(yīng)力 MPa

表2 各梁板最大撓度 mm

圖10 第11榀橋梁板荷載撓度曲線圖

圖11 第14榀橋梁板荷載撓度曲線圖

結(jié)構(gòu)理論計(jì)算主要是建立數(shù)學(xué)模型，確定結(jié)構(gòu)加載后的靜力響應(yīng)。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在自重及委托單位提供的施工荷載作用下，混凝土梁的跨中壓應(yīng)力(16.30 MPa)小于C40混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值(19.1 MPa)，支座附近剪應(yīng)力超出了設(shè)計(jì)強(qiáng)度(1.71 MPa)?？紤]抗剪區(qū)域受剪鋼筋和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中受剪區(qū)外觀檢查結(jié)果，支座抗剪應(yīng)能滿足施工要求。

表3 實(shí)際加載及梁跨中撓度測(cè)試結(jié)果

表4 最大荷載情況下梁板的應(yīng)變和正應(yīng)力

表5 最大荷載情況下梁板端部的應(yīng)變和剪應(yīng)力

表6 撓度校驗(yàn)系數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，跨中撓度校驗(yàn)系數(shù)約為1.04～1.06，略微有些偏大，而應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)處于0.69～0.95，滿足試驗(yàn)要求。荷載試驗(yàn)結(jié)果表明結(jié)構(gòu)剛度偏小，應(yīng)力強(qiáng)度儲(chǔ)備余量不大。這與橋梁板底部原先貼了碳纖維布有關(guān)，用來(lái)修補(bǔ)裂縫的碳纖維布提高了橋梁板截面應(yīng)力狀態(tài)，而對(duì)橋梁板剛度影響較小。

表7 應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

1)在試驗(yàn)荷載作用下，撓度校驗(yàn)系數(shù)略大于1.0，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)最大值接近1.0，試驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果比較接近，說(shuō)明橋梁板在加載過(guò)程中基本處于線彈性范圍內(nèi)。

2)在試驗(yàn)荷載作用下，跨中最大撓度為18.32 mm。

3)在試驗(yàn)荷載作用下，橋梁蓋梁、接柱以及樁基變形穩(wěn)定。

4)卸載后，橋梁板底部裂縫存在不能完全恢復(fù)殘余寬度，說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)存在一定的塑性發(fā)展。

［1］CJJ 99-2003，城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.

［3］JJGD 62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］CJJ 2-2008，城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［5］JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程［S］.