基于數(shù)值模擬的空心梁板橋梁整體性快速檢測(cè)方法分析及工程實(shí)例應(yīng)用

馮金庫(kù)

摘 要：目前空心梁板已成為中小型橋梁結(jié)構(gòu)型式的主要選擇，在這一背景下，本文采用基于橫向分布影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測(cè)方法，通過(guò)建立三維數(shù)學(xué)模型，模擬集中應(yīng)力在橋梁橫向移動(dòng)作用過(guò)程，通過(guò)分析荷載移動(dòng)過(guò)程中兩側(cè)邊板相對(duì)位移差值判斷橋梁結(jié)構(gòu)損傷。同時(shí)，本文以廣東某小型公路實(shí)例橋梁為研究對(duì)象，采用本文建立的方法快速對(duì)其橋梁整體性能進(jìn)行了判斷分析。本文采用方法可為提高橋梁整體性能檢測(cè)效率、節(jié)約檢測(cè)費(fèi)用提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：空心梁板;數(shù)值模擬;性能檢測(cè);集中應(yīng)力

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0150-02

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，綜合交通體系不斷完善，公路橋梁建設(shè)數(shù)量直線上升。其中，空心梁板橋梁由于造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)單方便、工期短（可先預(yù)制并現(xiàn)場(chǎng)安裝）廣泛應(yīng)用于低等級(jí)農(nóng)村公路橋梁中[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)新建橋梁中，采用空心梁板橋梁數(shù)量達(dá)到176.2萬(wàn)座，占新建橋梁總數(shù)的23.6%，數(shù)量十分龐大。由于空心梁板橋梁橫向應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生鉸縫開(kāi)裂、滲水等不利情況（圖1所示）[2]。因此，針對(duì)空心梁板橋梁的建設(shè)特性提出相應(yīng)的快速檢測(cè)方法，保障橋梁運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定，節(jié)約檢測(cè)費(fèi)用，具有十分重要的意義。

1 空心梁板整體性快速檢測(cè)方法分析

1.1 檢測(cè)方法分析

圖2所示，為細(xì)化研究區(qū)域，逐一分解研究對(duì)象，沿著橋梁軸向?qū)⒀芯繉?duì)象分割成對(duì)稱的若干虛擬單元，距離步長(zhǎng)為d;并按順序進(jìn)行編號(hào)。以分割節(jié)點(diǎn)為受力點(diǎn)，依次在各個(gè)分割節(jié)點(diǎn)施加集中荷載，且施加的荷載大小保持一致。通過(guò)位移監(jiān)測(cè)裝置記錄跨中位移測(cè)試截面處鉸縫兩側(cè)板梁的位移數(shù)值。

根據(jù)文獻(xiàn)[3]中的研究成果，以及筆者大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在橋梁橫向應(yīng)力整體性分布良好時(shí)，集中應(yīng)力作用在對(duì)稱點(diǎn)（如1點(diǎn)與點(diǎn)）時(shí)，兩側(cè)邊板處產(chǎn)生的位移值差（即集中應(yīng)力作用在1點(diǎn)時(shí)左側(cè)邊板處位移值-即集中應(yīng)力作用在點(diǎn)時(shí)右側(cè)邊板處位移值，記為）近似于0。若值與0差距較大（根據(jù)文獻(xiàn)[3]中的研究成果，臨界值為±0.1m），則可認(rèn)為該對(duì)稱點(diǎn)出現(xiàn)鉸縫破壞（位移值值大的點(diǎn)為破壞點(diǎn)）。

1.2 檢測(cè)步驟

根據(jù)檢測(cè)方法原理，以及部分實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)空心梁板整體性快速檢測(cè)步驟如：（1）了解待檢測(cè)橋梁的實(shí)際情況，明確需要檢測(cè)的鉸縫所在位置;（2）通過(guò)以下原則綜合確定距離步長(zhǎng)d;1）能被橋跨長(zhǎng)度以及單位時(shí)間荷載位移速度整除;2）距離步長(zhǎng)越小，計(jì)算量越大計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)，因此應(yīng)綜合考慮計(jì)算量以及計(jì)算時(shí)間;（3）根據(jù)1.1節(jié)步驟添加移動(dòng)荷載（一般選擇車載），并逐漸由橋跨一端向另一端移動(dòng)，記錄運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的測(cè)量值;（4）根據(jù)1.1節(jié)步驟檢測(cè)損傷出現(xiàn)位置以及出現(xiàn)時(shí)間。

2 實(shí)例工程應(yīng)用分析

選擇廣東某小型公路實(shí)例橋梁進(jìn)行檢測(cè)分析，主橋采用C40混凝土澆筑，橋梁截面布置見(jiàn)圖3所示。

借助ANSYS有限元計(jì)算軟件對(duì)實(shí)例工程進(jìn)行快速建模，橋梁整體模型見(jiàn)圖4所示，采用0.5m間距劃分節(jié)點(diǎn)，因此實(shí)例工程虛擬節(jié)點(diǎn)劃分示意圖見(jiàn)圖5所示。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將荷載移動(dòng)過(guò)程中，兩側(cè)邊板相對(duì)位移值變化過(guò)程見(jiàn)表1與圖6所示。分析可知：

（1）作用點(diǎn)1-4點(diǎn)為完全無(wú)損傷區(qū)，當(dāng)荷載作用在1-4點(diǎn)及其對(duì)稱點(diǎn)時(shí)，相對(duì)位移差值為0。（2）作用點(diǎn)在5點(diǎn)時(shí)，相對(duì)位移值開(kāi)始出現(xiàn)微小偏差，因此把4-5點(diǎn)定義為過(guò)渡區(qū)。（3）作用點(diǎn)在5-10點(diǎn)時(shí)，相對(duì)位移值出現(xiàn)明顯變化，且在7點(diǎn)超過(guò)臨界閾值（0.01mm），橋梁發(fā)生明顯損傷。（4）作用點(diǎn)在10-11點(diǎn)時(shí)，相對(duì)位移值又逐漸縮小。離開(kāi)損傷區(qū)。（5）由于左側(cè)邊板相對(duì)位移均大于右側(cè)邊板，因此可知橋梁損傷區(qū)為5-10點(diǎn)位置（如圖5中橫線標(biāo)示區(qū)域所示）。

加載過(guò)程中橋梁撓度曲線變化見(jiàn)圖7所示，分析可知，在車載加載過(guò)程中，橋梁梁底最大撓度值為-15.0mm左右，小于跨中最大容許值（-33.0mm）。同時(shí)在加載過(guò)后，撓度值能逐漸彈回，但是彈回速度較慢，可見(jiàn)實(shí)例工程橋梁中間區(qū)域出現(xiàn)了一定程度損傷，但是現(xiàn)狀還能正常使用，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修、加固處理，保證橋梁運(yùn)營(yíng)安全。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)空心梁板橋梁特性及損傷機(jī)理進(jìn)行分析、總結(jié)的基礎(chǔ)上，采用基于橫向分布影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測(cè)方法，通過(guò)建立三維數(shù)學(xué)模型，模擬集中應(yīng)力在橋梁橫向移動(dòng)作用過(guò)程，通過(guò)分析荷載移動(dòng)過(guò)程中兩側(cè)邊板相對(duì)位移差值判斷橋梁結(jié)構(gòu)損傷。最后，本文以廣東某小型公路實(shí)例橋梁為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬分析，研究了實(shí)例結(jié)構(gòu)整體性能，快速判斷出實(shí)例工程在5-10節(jié)點(diǎn)存在明顯的結(jié)構(gòu)損傷。本文研究結(jié)論可為小型公路橋梁快速檢測(cè)提供借鑒與參考，具有十分有效的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 余正武.高速公路路基路面病害檢測(cè)技術(shù)的合理選擇[J].公路，2007（5）：19-23.

[2] 成琛，沈成武，許亮.用鉸接板（梁）法計(jì)算有損傷橋梁的橫向分布系數(shù)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2004（2）：229-231，251.

[3] 趙懷志，李強(qiáng)，程珊珊，等.公路技術(shù)狀況評(píng)定指南[M].北京：人民交通出版社，2008.