裝配式空心板橋鉸縫受力性能研究.pdf

1、裝配式空心板橋由于其預(yù)制、安裝、施工工藝簡(jiǎn)單、工程造價(jià)較低,同時(shí)板橋具有建筑高度最小等優(yōu)點(diǎn),所以在中小跨徑橋梁中得到廣泛地應(yīng)用。但從已建成橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況來(lái)看,也存在一些較為典型的病害。通過(guò)調(diào)研分析表明,影響空心板橋正常使用和結(jié)構(gòu)安全最突出的問(wèn)題是由于橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)偏弱,單板剛度較低所造成的,而究其根源,空心板橋鉸縫破壞是主要原因?？招陌彘g鉸縫處混凝土破碎、脫落、大面積滲漏,除引起梁本身破壞外,還可引起橋面鋪裝、伸縮裝置、橋梁支座等的破壞,

2、使橋面平整度降低,甚至出現(xiàn)橋面鋪裝擁起、破碎、脫落等現(xiàn)象。這不僅嚴(yán)重地影響了行車的舒適性,增加了行車的安全隱患,還大大降低了橋梁結(jié)構(gòu)的整體承載力。本文通過(guò)調(diào)研分析和閱讀大量的相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)空心板橋鉸縫破壞的原因、一般特征及其危害性進(jìn)行了探討和研究。簡(jiǎn)要介紹了基于ABAQUS有限元方法分析空心板橋所涉及到的非線性理論及其處理辦法,本文主要包括材料非線性和接觸條件非線性,非線性材質(zhì)采用Newton-Raphson方法來(lái)解決,接觸條件非線性采用了

3、滿足Coulomb摩擦定律罰函數(shù)公式進(jìn)行處理。鉸縫中的混凝土和鋼筋用ABAQUS有限元提供的混凝土塑性損傷模型和經(jīng)典的金屬塑性模型分別實(shí)現(xiàn)。建立實(shí)橋模型并與靜載實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,由此驗(yàn)證了采用三維有限元程序ABAQUS6.8對(duì)考慮鋪裝層影響的空心板橋進(jìn)行數(shù)值模擬和仿真研究是可行的、合理的和有效的,得到橋面板和鉸縫的接觸面采用滑動(dòng)摩擦體系與實(shí)際相符。利用有限元程序ABAQUS6.8對(duì)有限元模型進(jìn)行如下分析:(1)橫向和縱向荷位對(duì)鉸縫受

4、力性能的影響,通過(guò)變化橫向和縱向荷位,得到鉸縫受力的最不利位置,并對(duì)不利荷載位置作用下的鉸縫受力性能(包括沿縱向和跨中截面板高方向)進(jìn)行深入細(xì)致的分析。(2)對(duì)不同跨徑空心板橋進(jìn)行對(duì)比分析,在相同荷載,相同作用位置其荷載橫向分布系數(shù)也是不相同的,跨徑越小,橫向荷載分布系數(shù)越不均勻。同一編號(hào)的空心板橋縱向正應(yīng)力隨跨徑增大而增大。從荷載傳遞率來(lái)看,隨著跨徑的增大,荷載傳遞率逐漸增大。(3)超載是對(duì)空心板橋鉸縫結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)中影響最大的因素,超

5、載比例的增大會(huì)引起各項(xiàng)應(yīng)力的增大,而且可能使鉸縫混凝土的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度,造成破壞。(4)摩阻系數(shù)跟橋面的粗糙程度、車輛的速度、車輛的輪胎樣式等因素有關(guān)。通過(guò)改變摩阻系數(shù)實(shí)現(xiàn)水平荷載的變化,并對(duì)比分析其對(duì)鉸縫結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形的影響,發(fā)現(xiàn)水平荷載對(duì)鉸縫結(jié)構(gòu)中沿橋跨縱向的應(yīng)力影響很大。(5)瀝青混凝土鋪裝層厚度改變對(duì)鉸縫結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)應(yīng)力影響較大,增加鋪裝層厚度將減小鉸縫結(jié)構(gòu)的縱向拉應(yīng)力最大值,其余應(yīng)力隨著鋪裝層厚度增加,在10cm~12cm

6、之前衰減幅度很大,之后衰減幅度逐漸減緩。其中剪應(yīng)力衰減較大,當(dāng)厚度由4cm增加到20cm時(shí),剪應(yīng)力衰減最大近90.4％?？梢?增加鋪裝層厚度對(duì)于降低鉸縫結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力效果明顯。(6)瀝青混凝土彈性模量隨外界氣溫變化和荷載作用時(shí)間的改變變化很大,分析證明瀝青鋪裝層的模量變大時(shí),各應(yīng)力均呈減小狀態(tài),而且增加鋪裝層彈性模量對(duì)鉸縫結(jié)構(gòu)的剪應(yīng)力影響較大。(7)當(dāng)鋪裝層厚度一定時(shí),橋面鋪裝材料采用剛性的鋼筋混凝土和鋼纖維混凝土對(duì)鉸縫結(jié)構(gòu)受力性能更為有利

7、。(8)通過(guò)改變鉸縫結(jié)構(gòu)彈性模量模擬不同等級(jí)的鉸縫混凝土,發(fā)現(xiàn)隨著鉸縫彈性模量增加,鉸縫結(jié)構(gòu)的最大正應(yīng)力及剪應(yīng)力都呈現(xiàn)單調(diào)增加趨勢(shì),鉸縫的豎向位移減小。(9)鉸縫結(jié)構(gòu)泊松比的變化對(duì)鉸縫的各應(yīng)力及撓度影響不明顯。(10)橋面板與鉸縫結(jié)構(gòu)的接觸狀態(tài)比較復(fù)雜,研究發(fā)現(xiàn)接觸條件變化對(duì)鉸縫剪應(yīng)力影響較大,鉸縫結(jié)構(gòu)和橋面板之間的良好粘結(jié),對(duì)鉸縫結(jié)構(gòu)的受力性能有利。(11)通過(guò)改變梁體密度,發(fā)現(xiàn)在跨徑和截面相同的情況下,減輕自重,對(duì)鉸縫結(jié)構(gòu)受力性能有

8、利。(12)對(duì)鉸縫常見加固方案進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)施加橫向預(yù)應(yīng)力筋效果最好。其次是加粗鉸縫鋼筋,但是采用該方法加固時(shí)不容易施工,不過(guò)在設(shè)計(jì)中適當(dāng)加粗鋼筋對(duì)新建橋梁還是有現(xiàn)實(shí)意義的。再次是鉸縫底部及頂部增加鋼板的方案,這兩種方案不僅加固效果明顯,而且施工也方便。中小跨徑裝配式空心板橋在內(nèi)蒙古地區(qū)應(yīng)用十分廣泛。不過(guò)從已建成橋梁的使用狀況來(lái)看,鉸縫破壞病害比較突出。故本論文研究成果將及時(shí)服務(wù)于正在蓬勃發(fā)展的西部地區(qū)中小跨徑橋梁工程建設(shè),對(duì)提高工