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        多跨鋼筋混凝土連續(xù)梁損傷前后力學(xué)變化探究

        2021-05-07 08:39:54高宇航郝達(dá)靖李國廷
        北方建筑 2021年2期
        關(guān)鍵詞:混凝土分析

        高宇航,郝達(dá)靖,李國廷,林 淼

        (吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院,吉林 長春 130118)

        0 引言

        鋼筋混凝土梁局部出現(xiàn)的損傷會引起整個連續(xù)梁的內(nèi)力發(fā)生變化,嚴(yán)重影響橋梁的承載能力和使用安全。目前國內(nèi)學(xué)者關(guān)于橋梁損傷識別進(jìn)行了深入研究,總結(jié)出相關(guān)的橋梁檢測方法,主要分為靜態(tài)檢測[1-3]和動態(tài)檢測[4-7]。

        本文通過有限元分析軟件Midas 建立損傷程度不同的多跨連續(xù)梁模型,分析計算了混凝土連續(xù)梁損傷后的內(nèi)力變化規(guī)律。

        1 模型建立

        模型屬性選定混凝土材料的泊松比為0.2,容重為 25 kN/m3,混凝土彈性模量 3.45×107kPa,鋼筋彈性模量2.0×108kPa 。為研究邊跨跨中損傷前后力學(xué)變化規(guī)律探究,對3 種不同跨數(shù)的連續(xù)梁進(jìn)行研究,如圖1 所示。采用Midas 建模如圖2 所示。

        圖1 各跨跨徑分布圖(m)

        圖2 各跨數(shù)Midas 模型圖

        每種鋼筋混凝土連續(xù)梁均在邊跨跨中位置施加500 kN 的集中力,為模擬結(jié)構(gòu)不同程度的損傷,同時設(shè)定結(jié)構(gòu)損傷處寬度分別為0 m,2 m,4 m,8 m,具體信息如圖3 所示。

        圖3 不同損傷寬度示意圖

        2 內(nèi)力變化討論

        2.1 不同損傷寬度下邊跨跨中內(nèi)力變化討論

        1)三跨鋼筋混凝土連續(xù)梁內(nèi)力變化曲線如圖4~圖 6 所示。

        圖4 各損傷寬度下剪力變化圖

        圖5 各損傷寬度下彎矩變化圖

        圖6 各損傷寬度下?lián)隙茸兓瘓D

        ①根據(jù)圖4 分析得到,在不損傷情況下邊跨跨中至第2 號支座之間剪力最大。其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下剪力值依次為289.74 kN,290.41 kN,291.52 kN,293.69 kN;剪力值增長率分別為0.2%,0.6%,1.4%。整理上述數(shù)據(jù)得到:剪力值隨著損傷寬度的上升而上升。

        ②根據(jù)圖5 分析得到,在不損傷情況下邊跨跨中正彎矩最大,第2 號支座負(fù)彎矩最大。其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下正彎矩值依次為2 968.3 kN·m,2 918.1 kN·m,2 874.16 kN·m,2 804.48 kN·m;負(fù)彎矩值依次為-1 339.09 kN·m,-1 441.44 kN·m,-1 531.04 kN·m,-1 673.13 kN·m ;正彎矩值依次減少1.7%,3.2%,5.5%,負(fù)彎矩值依次增加7.6%,14.3%,24.9%。整理上述數(shù)據(jù)得到:正彎矩值隨著損傷寬度的上升而下降,負(fù)彎矩值隨著損傷寬度的上升而上升。

        ③根據(jù)圖6 分析得到,其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下?lián)隙戎狄来螢?.21 mm,1.32 mm,1.42 mm,1.57 mm;撓度值依次增加9.2%,17.5%,29.7%。整理上述數(shù)據(jù)得到:撓度值隨著損傷寬度的上升而上升。

        2)四跨鋼筋混凝土連續(xù)梁內(nèi)力變化曲線如圖7~圖 9 所示。

        ①根據(jù)圖7 分析得到,在不損傷情況下邊跨跨中至第2 號支座之間剪力最大。其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下剪力值依次為 203.8 kN,205.92 kN,207.94 kN,211.68 kN ;剪力值增長率依次為1.0%,2.0%,3.9%。整理上述數(shù)據(jù)得到:剪力值隨著損傷寬度的上升而上升。

        圖7 各損傷寬度下剪力變化圖

        圖8 各損傷寬度下彎矩變化圖

        圖9 各損傷寬度下?lián)隙茸兓瘓D

        ②根據(jù)圖8 分析得到,在不損傷情況下邊跨跨中正彎矩最大,第2 號支座負(fù)彎矩最大。其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下正彎矩值依次為2 859.82 kN·m,2 837.56 kN·m,2 816.26 kN·m,2 777.0 kN·m;負(fù)彎矩值依次為-1 099.50 kN·m,-1 162.22 kN·m,-1 222.25 kN·m,-1 332.70 kN·m;正彎矩值變化率依次減少0.7%,1.5%,2.9%,負(fù)彎矩值依次增加5.7%,11.2%,21.2%。整理上述數(shù)據(jù)得到:正彎矩值隨著損傷寬度的上升而下降,負(fù)彎矩值隨著損傷寬度的上升而上升。

        ③根據(jù)圖9 分析得到,其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下?lián)隙戎狄来螢?.18 mm,1.25 mm,1.32 mm,1.46 mm;撓度值依次增加5.6%,11.2%,23%。整理上述數(shù)據(jù)得到:撓度隨著損傷寬度的上升而上升。

        3)五跨鋼筋混凝土連續(xù)梁內(nèi)力變化曲線如圖10~圖 12 所示。

        圖10 各損傷寬度下剪力變化圖

        圖11 各損傷寬度下彎矩變化圖

        圖12 各損傷寬度下?lián)隙茸兓瘓D

        ①根據(jù)圖10 分析得到,在不損傷情況下邊跨跨中至第2 號支座之間剪力最大。其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下剪力值依次為 273.16 kN,276.09 kN,278.88 kN,283.37 kN。剪力值增長率依次為1.1%,2.1%,3.7%。整理上述數(shù)據(jù)得到:剪力值及變化率隨著損傷寬度的上升而上升。

        ②根據(jù)圖11 分析得到,在不損傷情況下邊跨跨中正彎矩最大,第2 號支座負(fù)彎矩最大。其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下正彎矩值依次為 3 061.34 kN·m,3 021.78 kN·m,2 984.01 kN·m,2 923.38 kN·m ;負(fù)彎矩值依次為-1 180.71 kN·m,-1 267.43 kN·m,-1 350.21 kN·m,-1 483.10 kN·m;正彎矩值依次減少1.3%,2.5%,4.5%,負(fù)彎矩值依次增加7.3%,14.4%,25.6%。整理上述數(shù)據(jù)得到:正彎矩值隨著損傷寬度的上升而下降,負(fù)彎矩值隨著損傷寬度的上升而上升。

        ③根據(jù)圖12 分析得到,其損傷寬度為0 m,2 m,4 m,8 m 的情況下?lián)隙戎狄来螢?.21 mm,1.33 mm,1.43 mm,1.58 mm;撓度值依次增加9.2%,17.6%,30.1%。整理上述數(shù)據(jù)得到:撓度隨著損傷寬度的變大而變大。

        綜上分析不同跨鋼筋混凝土連續(xù)梁邊跨跨中內(nèi)力參數(shù)數(shù)值變化規(guī)律,其中撓度增長最為明顯,分別為29.7%,23%,30.1%。

        3 結(jié)論

        1)通過Midas 軟件建立模型,分別分析了邊梁中跨位置在不同損傷寬度情況下的3 個重要參數(shù)剪力、彎矩、撓度的變化規(guī)律。

        2)當(dāng)集中荷載作用于邊跨跨中時,通過比較不同損傷寬度情況下3 個重要參數(shù)剪力、彎矩、撓度的變化規(guī)律,得到當(dāng)邊跨跨中損傷寬度上升時,剪力隨之上升、正彎矩值下降、負(fù)彎矩值上升、撓度值上升。

        3)通過對比分析邊跨跨中在不同寬度損傷情況下3 個重要參數(shù)剪力、彎矩、撓度的變化規(guī)律,通過數(shù)據(jù)對比得到撓度變化率最大,得以確定為撓度值為損傷識別參數(shù)。

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