計(jì)算機(jī)軟件在某橋梁結(jié)構(gòu)及其混凝土強(qiáng)度分析中的應(yīng)用

盧彭龍

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計(jì)算機(jī)軟件在某橋梁結(jié)構(gòu)及其混凝土強(qiáng)度分析中的應(yīng)用

盧彭龍

（溫州交運(yùn)集團(tuán)城東公交廣告有限公司，浙江溫州325000）

某橋經(jīng)過(guò)多年的使用運(yùn)營(yíng)出現(xiàn)了一些問(wèn)題，其中橋面板及梁體表面混凝土破損嚴(yán)重。為較好地把握該橋的使用性能，了解其結(jié)構(gòu)受力行為和混凝土強(qiáng)度及其使用性能，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及計(jì)算機(jī)仿真分析等手段對(duì)該結(jié)構(gòu)及其混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)分析，從而對(duì)其結(jié)整體構(gòu)及其混凝土強(qiáng)度實(shí)施了承載能力評(píng)價(jià)，給出了具體的修補(bǔ)措施，確保了該橋的安全運(yùn)營(yíng)和良好使用。

橋梁工程；結(jié)構(gòu)行為分析；MIDAS

某橋?yàn)閿U(kuò)建橋梁，共由3座拱橋組成，其中一座為鋼筋混凝土板肋拱橋（舊橋），另兩座為鋼筋混凝土剛架拱橋（擴(kuò)建新橋）。原有鋼筋混凝土板肋拱橋由13片拱肋組成，為車(chē)行道；擴(kuò)建后在原有板肋拱橋兩邊增設(shè)了兩座剛架拱橋，其中一座剛架拱橋由兩片拱肋組成，位于運(yùn)河下游，為人行通道；另一座剛架拱橋由8片拱肋組成，位于運(yùn)河上游，由人行通道與車(chē)行道組成。

（a）

（b）

（c）

（d）

圖1 橋梁外觀檢查結(jié)果

由于該橋原設(shè)計(jì)資料缺乏，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，該橋跨徑為40.0m，整個(gè)橋面寬37.0m；參考運(yùn)河上同類(lèi)橋梁如博廈右橋等橋的設(shè)計(jì)資料，并考慮到運(yùn)河上各橋的實(shí)際通行荷載基本無(wú)差異，按照有關(guān)規(guī)范規(guī)程，該橋的人群荷載取為3.5kN/m2，車(chē)道設(shè)計(jì)荷載取為汽車(chē)－20，驗(yàn)算荷載取為掛車(chē)－100。該橋經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)后，即發(fā)現(xiàn)橋面及梁體表面出現(xiàn)局部蜂窩麻面、破損、漏筋現(xiàn)象，某些部位上有大量的裂縫，橋面缺損破壞嚴(yán)重，行車(chē)性能差。該橋的某些部位的病害見(jiàn)圖1所示。

為較好把握該橋的使用性能及受力特點(diǎn)，現(xiàn)通過(guò)實(shí)測(cè)的手段對(duì)該結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)分析，應(yīng)用檢測(cè)結(jié)果對(duì)該橋的承載能力做出評(píng)價(jià)，同時(shí)提出相應(yīng)的修補(bǔ)措施。

一、橋梁有限元模擬分析

1.橋梁現(xiàn)狀分析

該橋于2004年竣工通車(chē)，橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽—超20、掛—120。全線由西南線、南西線、南北線、南東線、東南線以及西東線組成，共有104跨，總長(zhǎng)2 678.67米，全橋總平面布置見(jiàn)圖1。據(jù)調(diào)查該立交橋西南線在2012年5月27日由于交通擁堵后車(chē)輛排隊(duì)緊靠東側(cè)欄桿一個(gè)車(chē)道通行，造成橋梁向東偏轉(zhuǎn)，西側(cè)翹起20cm左右，其后又自行恢復(fù)。事故發(fā)生后，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有兩聯(lián)梁體偏移3cm左右，且梁體存在受力裂縫及其他裂紋，隨后對(duì)西南線六聯(lián)6×25m橋梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)并進(jìn)行了加固處理。為摸清加固處理橋梁的受力性能，對(duì)該高架立交橋梁進(jìn)行靜動(dòng)載理論分析及性能評(píng)定試驗(yàn)研究，本文理論模擬分析及試驗(yàn)檢測(cè)針對(duì)加固后的橋跨進(jìn)行，試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象為立交橋的西南線梁體。

2.有限元模型構(gòu)建

高架立交橋梁數(shù)值模擬分析采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件MIDAS對(duì)立交橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，材料特性、邊界條件設(shè)置、活載布置等均依據(jù)相關(guān)文件和試驗(yàn)實(shí)際布置進(jìn)行設(shè)置，其中在各支座處的約束為鉸支。利用有限元軟件建立全橋的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)橋梁進(jìn)行動(dòng)力分析。高架立交橋梁一聯(lián)數(shù)值模擬分析模型圖，如圖2所示。

圖2 有限元分析模型

表1 試驗(yàn)荷載下主要截面的軸力計(jì)算值（單位：N）

表2 試驗(yàn)荷載下主要截面的彎矩計(jì)算值（單位：N.m）

3.模型靜力行為分析結(jié)果

該橋的數(shù)值模擬分析主要涉及4種荷載工況，荷載工況施加的主要目的是使1-2＃梁達(dá)到最大值，工況1：30t；工況2：在工況1基礎(chǔ)上，再施加30t；工況3：撤離工況2所加荷載，并將工況1所加荷載移至工況2所處位置；工況4：在工況3基礎(chǔ)上，再加荷載30t。對(duì)應(yīng)于各加載工況，1＃邊拱肋、2＃次邊拱肋控制截面的內(nèi)力計(jì)算值如表1及表2所示。

二、檢測(cè)方法與主要結(jié)果

針對(duì)該橋外部病害的檢測(cè)分析，為檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土質(zhì)量現(xiàn)狀，根據(jù)回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)、鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程，對(duì)該橋上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試分析。

表3 剛架拱橋拱肋混凝土超聲回彈結(jié)果

表4 板肋拱橋拱肋混凝土超聲回彈結(jié)果

1.回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

為檢測(cè)該橋的剛架拱橋和板肋拱橋分別布置了10個(gè)超聲回彈測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)表面采用砂輪清除表面雜物和不平整處，讓其保持清潔、平整、干燥，不應(yīng)有接縫、飾面層、粉刷層、浮漿、油垢、蜂窩麻面等；然后用回彈儀和超聲儀依照技術(shù)規(guī)程進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3和表4所示。

混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果表明，剛架拱橋的拱肋混凝土強(qiáng)度推定值為 23.7 MPa，板肋拱橋的拱肋混凝土強(qiáng)度推定值為29.7 MPa，說(shuō)明混凝土強(qiáng)度較好。

2.鉆芯檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

根據(jù)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS 03：88）的要求，本次檢測(cè)在該橋的上、下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鉆芯取樣，共鉆取了6組19個(gè)芯樣，鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度結(jié)果均符合要求。

3.混凝土保護(hù)層檢測(cè)

為了檢測(cè)，采用鋼筋保護(hù)層測(cè)試儀對(duì)拱橋的拱肋部位共抽檢了20處混凝土最小保護(hù)層厚度值，其中新橋主拱肋為37mm，舊橋主拱肋為26mm，檢測(cè)各處的混凝土最小保護(hù)層厚度值均大于25mm，能滿足規(guī)范要求。

4.混凝土碳化深度檢測(cè)

對(duì)于每一個(gè)回彈區(qū)域，用沖擊鉆在混凝土表面鉆開(kāi)直徑為15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度。清除洞中的粉末和碎屑后（注意不能用液體沖洗孔洞），立即用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，然后用塞尺測(cè)量碳化深度值，準(zhǔn)確至0.5mm。檢測(cè)結(jié)果表明該西正路莞城剛架拱橋混凝土的平均碳化深度為6mm，西正路莞城板肋拱橋混凝土的平均碳化深度為7mm，深度偏大。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行外觀檢查及無(wú)損檢測(cè)，結(jié)果表明該橋外觀狀況較好，但板肋拱橋的拱肋部分存在漏水現(xiàn)象；其混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度能夠滿足規(guī)范要求，但碳化深度偏大。由以上檢測(cè)結(jié)果，根據(jù)《公路橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范》，該橋技術(shù)狀況評(píng)定為二類(lèi)。板肋拱橋的板肋部分漏水現(xiàn)象較為嚴(yán)重，為確保該橋梁的正常使用，延長(zhǎng)橋梁的服役期限，建議對(duì)此進(jìn)行必要的維修與處理。

[1]姚玲森.橋梁工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]諶潤(rùn)水，胡釗芳.公路橋梁荷載試驗(yàn)[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]交通部科學(xué)研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

（責(zé)任編輯 鮑東杰）

Research of Computer Software in Concrete Bridge Structure and Its Strength Analysis

LU Peng-long

（Public Transit Advertisement Co Ltd of the City East, Wenzhou Transportation Group, Wenzhou, Zhejiang 325000, China）

er: After years of using, a bridge appeared some problems, especially in the bridge panel and girder surface concrete damage. To better grasp the performance of the bridge, getting to know the concrete strength of the bridge structure and its using performance, the author analyzed the structure and test the strength of concrete through field test and computer simulation analysis method, based on the results of the above analysis and test, bearing capacity evaluation of the bridge is put forward, and the repair of specific measures were carried out to ensure the safety of the bridge operation.

bridge engineering; analysis of structure; Midas of analysis software

U445.57

A

1008—6129（2015）01—0101—04

2014—11—22

溫州市科技計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：G20140017。

盧彭龍（1977—），浙江溫州人，溫州交運(yùn)集團(tuán)城東公交廣告有限公司，工程師。