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        空心板梁橋鉸縫損傷后動(dòng)力特性數(shù)值模擬

        2020-07-17 05:09:12王成煒何文正
        建材與裝飾 2020年20期
        關(guān)鍵詞:鉸縫梁板板橋

        王成煒 何文正

        (1.重慶市市政設(shè)施運(yùn)行保障中心,重慶 400015;2.重慶廣播電視大學(xué),重慶 400052)

        0 引言

        梁板之間的鉸縫是直接關(guān)系到橋面系的整體受力性能和鋪裝層使用質(zhì)量的重要部件,也是單片梁板確保其承受的荷載符合按彈性分配計(jì)算結(jié)果的必要前提。混凝土鉸縫完全開裂或脫落將導(dǎo)致梁板橫向連接失效,致使橋梁出現(xiàn)“受力單板”現(xiàn)象。橋梁單板受力使橋梁梁板失去橫向連接,車輛的作用不能在整個(gè)橋梁中按“橫向分布計(jì)算”結(jié)果分配,而是直接作用于某片梁上。因此過大的荷載導(dǎo)致梁體的混凝土和鋼筋提前進(jìn)入疲勞階段[1],受力裂縫先出現(xiàn)在橋梁下部的兩側(cè),然后發(fā)展成橫向的貫穿裂縫,并由一條發(fā)展為多條,橋梁出現(xiàn)向下?lián)锨?,上部混凝土破碎和梁板失去承載功能,甚至出現(xiàn)斷裂[2]。因此在整個(gè)空心板橋梁中,鉸縫并不起眼卻扮演了重要的角色,本文以重慶市內(nèi)環(huán)城市快速路某空心板梁橋?yàn)槔?,采用有限元分析手段,?duì)鉸縫損傷后的動(dòng)力特性進(jìn)行了模擬分析。

        1 工程概況

        重慶市內(nèi)環(huán)城市快速路某空心板梁橋位于沙坪壩區(qū),橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)如下:空心板橋跨徑12.6m,全橋由9 塊預(yù)應(yīng)力混凝土空心板組成,混凝土標(biāo)號(hào)為C40,具體尺寸見圖1、圖2。

        圖1 簡支梁空心板橋橫截面布置(單位:cm)

        圖2 空心板橋橫截面(單位:cm)

        2 有限元模型的建立

        該橋?yàn)殂q接板橋,板與板之間依靠鉸縫進(jìn)行聯(lián)系,鉸縫只傳遞剪力不傳遞彎矩。故建模時(shí)必須把板與板之間的轉(zhuǎn)動(dòng)約束釋放。空心板采用梁單元模擬,鉸縫用Beam44 單元模擬,Beam44 單元通過設(shè)置Keyopt 值的屬性可將J 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)全部釋放,模型見圖3。

        本文結(jié)合有限元模型更新技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同程度的鉸縫損傷的模擬。由于鉸縫的損傷體現(xiàn)在鉸縫傳遞剪力能力的降低,可通過鉸縫單元?jiǎng)偠鹊慕档蛠韺?shí)現(xiàn)。鉸縫無損傷時(shí),1 號(hào)梁作用一個(gè)單位荷載時(shí),橫向分布系數(shù)為0.307。除了無損傷的狀態(tài)以外,還考慮以下幾個(gè)工況:①鉸縫損傷25%;②鉸縫損傷50%;③鉸縫損傷95%。

        圖3 空心板模型

        3 計(jì)算結(jié)果

        采用ANSYS 動(dòng)力計(jì)算模塊,在鉸縫無損傷狀態(tài)下,空心板梁的前五階振型見圖4。

        圖4 無損傷狀態(tài)下的前五階振型

        各工況下空心板橋的自振頻率變化以及振型描述如表1 所示。

        從上述表1 結(jié)果可見,鉸縫損傷對(duì)結(jié)構(gòu)縱向豎彎振型的振動(dòng)頻率沒有影響,而對(duì)橫向豎向彎曲振型影響較大,其振動(dòng)頻率明顯降低,并且隨著損傷程度的增大,頻率下降得越明顯。即使鉸縫只損傷25%的時(shí)候,第二階頻率也下降了5.74%。除此之外,鉸縫的損傷也引起了振型的變化,從表中可以看出,鉸縫損傷達(dá)到50%以后,第五階振型由縱向反對(duì)稱豎彎變成了橫向正對(duì)稱彎曲。

        表1 自振頻率比較

        4 結(jié)論

        為了揭示鉸縫損傷后的空心板梁橋受力性能動(dòng)力特性變化,本文采用有限元法對(duì)重慶市內(nèi)環(huán)城市快速路某橋梁動(dòng)力特性進(jìn)行了模擬,得到了各工況下動(dòng)力特性的變化,得出如下結(jié)論:

        (1)鉸縫的損傷明顯導(dǎo)致了空心板自振頻率的降低,并且隨著損傷程度得增大,頻率下降得越明顯。

        (2)通過頻率的下降程度可以進(jìn)行鉸縫損傷的識(shí)別。

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