某预应力混凝土连续梁桥受损评估与加固.pdf
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1、某 预应力混 凝土连续梁桥受损评估与加 固 伍贤智 , 董晓兵 8 3 某预应 力混凝 土连续梁桥 受损评估与加 固 伍 贤智 。 。 董 晓兵 ( 1 中铁大桥科学研究院有 限公 司, 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ; 2 桥梁结构健康与安全 国家重点实验室, 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘 要 : 某桥 为( 3 4 +4 O +3 4 )m 预应力混凝土连 续箱梁桥 , 受 上层高架 钢结构滑落撞 击 , 2 跨部 分翼缘板严 重开裂 。为研究 该桥损伤情况及受损后结构 的安全性 , 采用 MI DA S C i v i l 有限元软件建立受损箱梁有限元模型 , 评估
2、主梁截 面特性 , 计算受损 前后主梁 的应力和挠度 ; 采用 ANS Y S软件进行桥梁撞击仿真分析 。结果表 明 : 单侧翼缘板受损 使主梁截 面面积削弱 7 7 , 使主梁截面抗弯刚度减小 6 6 ; 受损前后 主梁应力 和位移变化较小 , 受损后 满足规范 要求 , 但应力储 备很小 ; 在撞 击荷载作 用下 , 翼缘板 和腹板 交界处顶板开裂 , 与实 际情况基本 吻合 。根 据检测及 评估结果 , 采取将第 二 、 第 三跨防撞 护栏切 除 6 0 m, 受损主梁翼缘板从悬臂根部整体切 除 , 将原后浇调平层凿除后重新浇筑等 加固措施 。该 桥加 固后 的动静载试验结果 表明 ,
3、主 梁 的加 固部分能很好地与保 留的主梁共 同受 力 , 主梁 的整体性能有较大 的提高 。 关键词 :连续梁桥 ; 箱形 梁; 撞击 ; 应 力; 挠度 ; 评估 ; 有限元法 ; 桥 梁加 固 中图分类号 :U 4 4 8 2 1 5 ; U4 4 5 7 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 6 ) o 1 0 0 8 3 0 4 1 概述 某高 速 互 通 E 匝 道 3号 桥 第 三 联 ( E K1+ 2 3 4 6 9 8 E K1 +3 4 2 6 9 8 ) 为 ( 3 4 +4 0 +3 4 )m 预 应 力混凝土连续梁桥
4、( 见图 1 ) , 上部结构为单箱双室 等截面箱梁, 梁高 2 m, 顶板宽 1 3 m, 底板宽 9 m, 顶 板厚 2 2 c m, 底 板 厚 2 0 a m, 腹 板 厚 4 O 7 0 c m。箱 梁混凝土强度等级为 C 5 o , 按部分预应力混凝土 A 类构件设计 , 腹板设纵向预应力束 , 梁体纵 向预应力 筋采用高强度低松弛钢绞线 。防撞护栏宽 5 0 c m。 2 0 1 4年 1 2月 3日凌晨约 4 : O 0 , 在 横跨该 高速 3 4 0 0 4 0 0 0 3 4 0 0 亘 6 号 7 号 8 号 9 号 7 l4 1 1 2 0 0 3 J 7 “。 1
5、0 c m 沥青混凝土 D P S 防水 层 导 l6 c m 厚 c 4 o 混 凝 土 调 平 层 广n 宝 2 0 0 q 3 9 0 q 3 9 0 q 2 0 0 ( b )跨中横截面 单位:c m 图 1 E匝道 3号桥 第三联 布置 公路段上层高架桥施工中, 吊装高架桥 的钢箱梁时, 钢箱梁不慎滑落至该高速公路 E匝道 3号桥上 , 造 成该桥第二 、 三跨 防撞护栏砸碎 , 梁体翼缘板大面积 开裂 。由于桥梁受损情况严重 , 需对结构进行受损 评估 , 并根据评估结果指导维修加固设计 。 2 桥 梁 受损评 估 2 1 主梁截面特性受损量化分析 根据现场检测结果 , 对受损进行
6、量化分析。采 用专业分析软件 MI DAS C i v i l 2 0 1 2建立受损箱梁 模 型, 考虑受损跨断裂的翼缘板均不参与工作 , 采用 折减主梁截 面特性的方法模拟翼缘板断裂对主梁的 影响_ l q 。结果表 明 , 单侧翼缘 板受损使 主梁截 面 面积削弱 7 7 , 单侧翼缘板受损使 主梁截 面抗 弯 刚度 减小 6 6 。 2 2 桥梁受损仿真分析 2 2 1 有限元模型 采用 MI D AS C i v i l 有限元分析软件 , 在原结构 基础上建立受损箱梁有限元模型( 见 图 2 ) , 对受损 梁段翼缘板按不参与结构整体受力考虑 。 计算模型中所考虑荷载及相应取值 :
7、 C 5 0混 凝土容重取 2 6 5 k N m。 ; 二期恒载取 6 8 k N m; 系统升温 2 O , 系统降温 2 0; 支座不均匀沉 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 8 2 4 作者简介 : 伍贤智( 1 9 8 2 ) , 男 , 工程 师, 2 0 0 6年毕业于 中南大学工程管理专业 , 工学学士 , 2 0 0 9年 毕业于 中南大学桥梁 与隧道工程专业 , 工学 硕士( E - ma i l : 1 7 5 9 8 7 3 9 q q c o m) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 4 世 界 桥 梁 2 0 1 6, 4 4
8、( 1 ) 图 2跨 中 受 损箱 梁有 限 兀模 型 降分别按 L 3 0 0 0 ( L为跨径) 考虑; 沿梁高方 向 温 度梯 度按 公 路 桥 涵 设 计 通 用 规 范 ( J T G D6 0 2 0 0 4 ) 取值 , 升温时 T 一1 4、 T 一5 5, 降温时 T = = = 一7 、 T 一一2 7 5 ; 活载为公路 一 I级。 2 2 2 仿真分析结果 ( 1 )主梁刚度 。公路一 I级活载作用下主梁挠 度 如 表 1 所 示 。 表 1公 路 一 I级 活 载 作 用 下 主 粱挠 度 主梁挠度 mm 工 况 边跨跨 中( 小里程侧 ) 中跨跨 中 边跨跨 中(
9、大里程侧) 分 析表 1可 知 , 在 公 路 一 I级 活 载 作 用 下受 损 前后各跨梁体 的竖向挠度变化值均较小 , 挠度差最 大值为 0 4 6 mm, 发生在被砸一跨位置。 ( 2 )主梁 应力 。短期荷载组 合下 主梁主拉应 力 、 主压 应力 如 图 3所 示 。恒 载下 翼 缘 板 破 损前 后 正应 力 如表 2所 示 。 分 析结 果可 知 : ( 1 )在短期荷 载组合下 , 主梁受损前后主拉应 1 3 1 1 0 9 粤 0 7 0 5 0 3 0 1 日 里 0 2 0 4 0 6 O 8 O 1 0 0 1 2 0 梁长 m ( a )主拉应 力 图 3 短期荷载
10、组合下主梁主拉应 力、 主压应力 表 2 恒载 下翼缘板破 损前后 正应 力 翼缘板正应力 MP a 工况 边跨跨中( 小里程侧) 中跨跨 中 边跨跨中( 大里程侧) 顶板 底板 顶板 底板 顶板 底板 受损前一5 4 5 6 6 41 0 5 4 5 6 受损后 一5 5 5 4 6 30 9 6 7 6 1 力变化主要在受损的第二、 第三跨 , 应力差最大值发 生在距离梁端 5 8 7 m 处 , 受损后该 处主拉应力为 0 7 9 MP a , 与 受损 前 相 比, 主拉 应力 减 小 了 0 5 MP a 。说 明受损后箱梁发生了应力重分布 , 但仍小 于限值 0 5 f 一1 3
11、2 5 MP a l 4 , 满足 规范要 求 。 ( 2 )在短期荷载组合下 , 主梁受损前后主压应 力总体变化幅度较小 , 应力重分布范围较大, 应力差 最大值发生在距 离梁端 8 4 1 m处 , 受损后最大主 压应力为一9 5 MP a , 与受损前相 比, 主压应力增加 了 2 1 2 MP a , 但仍小 于限值 0 6 f 。 。 一1 9 4 4 MP a , 满足 规范要 求 。 由图 3可知 , 箱梁翼缘板破损前后 , 受卸荷影 响 , 主梁应力发生重分布 , 应力最大值减小, 其余截 面应 力则 稍有 增大 。受损 后 主梁 主拉应力 最 大值 为 1 _ 2 MP a
12、, 仍小于 A类构件 0 5 Ak 一1 3 2 5 MP a 限值。 ( 3 )翼缘 板破 损对 底板应 力 及 次边 跨 节段 正应 力影 响很 J 、 。 2 3 桥梁撞击仿真分析 采用 A NS YS通用有限元分析程序建立受损箱 梁模型 , 箱梁采用 S o l i d 9 5实体单元模拟 , 预应力筋 采用 L i n k 8单元模拟。参照 公路桥梁设计通用规 范 ( J TG D 6 0 2 0 0 4 ) 中漂流 物撞 击力 的计算 方 法 , 计算坠落物对桥梁的撞击力 。经计算 , 箱梁 内侧 撞击力为 1 0 6 8 k N, 外侧撞击力为 7 5 4 k N。撞击荷 载 下
13、 , 主梁应 力 云 图如 图 4所示 , 主梁 主拉 应力 云 图 如图 5所示 , 主 梁横桥 向应 力剖 面 图如 图 6所示 , 主 梁横桥 向主拉应 力剖 面 图如 图 7所示 。 一 0 1 6 0 e + 0 8 0 1 1 9 e + 0 8 _ o 7 7 1 e + 0 7 - 0 3 5 7 e + 0 7 5 7 7 7 7 8 - 0 1 3 9 e + 0 8 9 7 8 e _o7 5 6 4 e + o 7 1 4 9 e + o 7 O 2 6 5 e + o 7 单位: M P a 图 4撞击荷载 下主梁应 力云图 O 弋 唱 加 u 学兔兔 w w w .
14、x u e t u t u .c o m 某预应力混凝土连续梁桥受损评估 与加 固 伍 贤智 , 董 晓兵 8 5 _ 0 1 6 0 e + 0 8 n 1 1 9 e + 0 8 - 0 7 7 1 e + 0 7 - 0 3 5 7 e + 0 7 5 7 7 7 7 8 - 0 1 3 9 e + 0 8 - 0 9 7 8 e 旧7 - 0 5 6 4 e + 0 7 - 0 1 4 9 e + O7 0 2 6 5 e + 0 7 单位:肝a 图 5 撞击荷载下主梁主拉应 力云 图 - 0 6 0 O e + 0 8 - 0 4 0 8 e + o 8 2 l 6 e 瑚- 0 2
15、 3 3 e + 0 7 0 1 6 9 e + 0 8 -0 5 0 4 e + 0 8 _ o 3 1 2 e ) 8 _ 0 1 1 9 e + 0 8 0 7 2 8 e + 0 7 0 2 6 5 e + 0 8 单位:M P a 图 6 撞击荷载下主梁横桥 向应 力剖面图 - 0 4 5 4 e + 0 8 0 2 8 2 e + 0 8 - 0 1 l 1 e + 0 8 n 6 7 e + O 。7 0 2 3 2 e + 0 8 - 0 3 6 8 e + 0 8 - 0 1 9 6 e + 0 8 - 0 2 5 O e + O 7 0 1 4 6 e + 0 8 0 3
16、t 8 e - 0 8 单位: a 图 7 撞击荷载 下主梁横桥 向主拉应 力剖面图 分析图 4 、 图 5可知 , 在撞击荷 载作用下 , 应力 超过混凝土抗拉强度的范围约为该跨的 1 2 , 与桥 梁实际破损范 围基本吻合。 分析图 6 、 图 7可知 , 翼缘板顶面横桥 向最大拉 应力为 5 3 MP a , 大于混凝土抗拉强度标准值 2 6 5 MP a , 导致翼缘板顶板开裂 , 开裂位置在翼缘板与腹 板交界处 , 与桥梁实际破损情况吻合 。 计算结果表明, 在撞击力作用下 , 应力破坏范围 基本在第二 、 三跨翼缘板范围内, 对其它跨 的影响较 小 , 和实际相符。 3桥梁 加 固
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- 预应力 混凝土 连续 受损 评估 加固
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