劉安勝 王學(xué)敏 劉建軍

摘 要：當(dāng)前，我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展迅速，行車(chē)速度和車(chē)輛載重日益提高，移動(dòng)車(chē)輛對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用也越來(lái)越不容忽視。長(zhǎng)期以來(lái)，橋梁設(shè)計(jì)都是基于靜力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，重點(diǎn)放在各種荷載作用下結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度要求，對(duì)行車(chē)產(chǎn)生的動(dòng)力交變荷載的影響并未足夠重視。較大的動(dòng)力交變荷載會(huì)引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞和耐久性降低，從而影響橋梁的使用壽命。本文采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行建模分析。有關(guān)報(bào)告顯示，40%的拱橋在荷載試驗(yàn)時(shí)沖擊系數(shù)都在1.4以上，車(chē)輛通過(guò)時(shí)振動(dòng)感明顯。構(gòu)件在長(zhǎng)期交變荷載作用下產(chǎn)生的裂縫和其他損壞，往往與許多因素耦合在一起，最終導(dǎo)致混凝土構(gòu)件鋼筋銹蝕等而引發(fā)安全事故。

關(guān)鍵詞：靜力分析;移動(dòng)交變荷載;耐久性

拱橋是公路建設(shè)中采用最多的橋型之一。在我國(guó)西南部地區(qū)，山高谷深，地勢(shì)起伏大，地質(zhì)條件良好，修建大跨徑鋼筋混凝土拱橋能較好地適應(yīng)山區(qū)地形，充分利用巖石地基的承載能力，且結(jié)構(gòu)造型美觀，易與周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào)，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，因而與其它橋型相比往往具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此研究移動(dòng)荷載對(duì)其動(dòng)力性能和耐久性的影響，對(duì)于拱橋的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)具有指導(dǎo)意義。

但是在移動(dòng)荷載的作用下，由于移動(dòng)荷載的特性——大小、方向基本保持不變，作用點(diǎn)隨著荷載的移動(dòng)而改變，荷載位置的變化，而引起結(jié)構(gòu)各處的反力、內(nèi)力、位移等的變化，當(dāng)荷載處在某一位置時(shí)，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利影響。在最不利位置突然啟動(dòng)、緊急制動(dòng)等會(huì)使結(jié)構(gòu)的破壞加劇，不同的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損傷各有不同。對(duì)于鋼橋，損傷嚴(yán)重的是鋼構(gòu)件之間的連接，對(duì)于系桿拱橋，則主要造成吊桿的失效。

1工程概況

本文以貴州某高速上一座上承式鋼筋混凝土拱橋?yàn)橐劳校瑯蛐筒贾萌鐖D1所示。拱軸系數(shù)為1.756，主橋采用跨徑組合為30m+125m+30m的上承式鋼筋混凝土拱橋，計(jì)算矢跨為125m，矢高25m，矢跨比。

2結(jié)構(gòu)模型的建立及計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，利用Midas2019建立有限元模型，對(duì)拱橋的受力進(jìn)行數(shù)值模擬，分析靜力荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移等參數(shù)值，并對(duì)移動(dòng)荷載（車(chē)輛荷載）作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及位移等進(jìn)行分析，對(duì)比在移動(dòng)荷載（車(chē)輛荷載）和靜力荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力變化，以及移動(dòng)荷載最不利位置結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移值變化。

2.1只在靜力荷載作用下

當(dāng)荷載只承受靜力荷載時(shí)，此時(shí)結(jié)構(gòu)的反力、內(nèi)力及應(yīng)力如圖所示。

2.2在靜力荷載及移動(dòng)荷載共同作用下

3計(jì)算結(jié)果分析

由計(jì)算數(shù)據(jù)可得，結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下和靜力荷載加移動(dòng)荷載作用下的受力情況有所不同。具體表現(xiàn)在：靜力荷載加移動(dòng)荷載作用下拱腳處豎向的最大支反力為39721.4KN，水平推力最大值為45231.1KN;只在靜力荷載作用下拱腳處豎向的最大支反力為38219KN，水平推力最大值為43485.9KN，豎向最大支反力的增長(zhǎng)幅度為3.93%，水平推力的增長(zhǎng)幅度為4.01%。靜力荷載加移動(dòng)荷載作用下主拱圈的最大正彎矩值21310.2KNm，負(fù)彎矩最大值為-7430.12KNm;只在靜力荷載作用下正彎矩最大值為16021.7KNm，負(fù)彎矩最大值為-12599.6KNm（“-”只表示方向）。由于移動(dòng)荷載的作用，使正彎矩增加了33.0%，負(fù)彎矩反而減小了69.6%。在靜力荷載加移動(dòng)荷載作用下拱圈處于全截面受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力值為8900.64KPa，只在靜力荷載作用下的最大壓應(yīng)力值為9495.55KPa，在移動(dòng)荷載加靜力荷載作用下應(yīng)力減小了6.68%。在靜力荷載加移動(dòng)荷載作用下拱圈拱頂?shù)牡奈灰浦蹬c只在靜力荷載作用下相比變化不大。

4 結(jié)論

由以上數(shù)據(jù)分析得出，移動(dòng)荷載對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)物的作用表現(xiàn)在不是單一的作用，它是與其他作用耦合在一起，可能對(duì)結(jié)構(gòu)的某些方面產(chǎn)生不利影響，也可能產(chǎn)生利于結(jié)構(gòu)的影響。

在移動(dòng)交變荷載的作用下，對(duì)橋面板結(jié)構(gòu)的影響表現(xiàn)在造成橋面板破損、鋪裝層開(kāi)裂，導(dǎo)致鋪裝結(jié)構(gòu)劣化嚴(yán)重，進(jìn)而影響主體結(jié)構(gòu)的受力安全。由于鋪裝層的破損，導(dǎo)致雨水下滲以及其他雜質(zhì)侵襲橋梁結(jié)構(gòu)主體，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，保護(hù)層脫落，主體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步暴露自然環(huán)境中，加劇主體結(jié)構(gòu)的破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTG D60-2004（條文說(shuō)明）， 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]姚玲森，顧安邦.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]邵旭東.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：人民交通出版社，2012.

[4]陳寶春，葉琳.我國(guó)混凝土拱橋現(xiàn)狀調(diào)查與發(fā)展方向分析[J].中外公路，2008（02）：89-96.

[5]黃繩武.橋梁施工及組織管理（上冊(cè)）[M].北京：人民交通出版社，2006.