基于影響線的混凝土橋梁疲勞壽命預(yù)測(cè)分析

徐方圓

摘? 要：文章基于影響線分析提出了多軸車輛作用下的混凝土橋梁疲勞損傷當(dāng)量分析及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。以一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)槔?，基于?dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)制定當(dāng)量車荷載模型，分析不同程度車輛荷載作用下橋梁疲勞損傷發(fā)展規(guī)律，結(jié)果顯示車輛荷載與疲勞損傷之間存在著非線性指數(shù)發(fā)展規(guī)律，采用疲勞損傷當(dāng)量分析預(yù)測(cè)得到的疲勞壽命與傳統(tǒng)當(dāng)量車方法一致。

關(guān)鍵詞：車輛荷載;影響線;疲勞損傷;當(dāng)量分析;壽命預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：U441? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）11-0064-02

Abstract： Based on the analysis of influence lines， a method for fatigue damage equivalent analysis and fatigue life prediction of concrete bridges under the action of multi-axle vehicles is proposed in this paper. Taking a prestressed concrete continuous box girder bridge as an example， the equivalent vehicle load model is established based on the dynamic weighing system， and the fatigue damage development law of the bridge under different vehicle loads is analyzed. The results show that there is a nonlinear exponential development law between vehicle load and fatigue damage， and the fatigue life predicted by fatigue damage equivalent analysis is consistent with the traditional equivalent vehicle method.

Keywords： vehicle load; influence line; fatigue damage; equivalent analysis; life prediction

1 概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路橋梁交通量增大同時(shí)重載車輛也日趨增多，導(dǎo)致混凝土橋梁出現(xiàn)不同程度的損傷[1]。童樂(lè)為等[2]在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基礎(chǔ)上利用等效疲勞損傷原理，得到公路及城市的疲勞車輛模型。韓萬(wàn)水等[3]通過(guò)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)超限工況主要為單輛特重車過(guò)橋工況。劉國(guó)軍[4]提出的疲勞累積損傷模型，車輛荷載增長(zhǎng)，疲勞累積損傷值非線性增長(zhǎng)。Sasaki、Sousa等[5，6]通過(guò)混凝土箱梁疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腹板的疲勞性能對(duì)結(jié)構(gòu)使用壽命有重要的影響。本文基于影響線方法開(kāi)展多軸車作用下的混凝土橋梁疲勞損傷當(dāng)量分析，并建立基于當(dāng)量損傷的混凝土橋梁疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，分析隨著車輛荷載的增加對(duì)混凝土橋梁疲勞壽命的影響。

2 基于影響線的疲勞響應(yīng)分析

在傳統(tǒng)影響線基礎(chǔ)上，本文將多軸車輛荷載看作是由多個(gè)單軸集中荷載以一定的軸距形式組成，利用各軸重影響線之間的關(guān)系，以影響線鏡像疊加方式簡(jiǎn)化多軸車輛過(guò)橋的響應(yīng)分析。3 混凝土橋梁疲勞損傷壽命預(yù)測(cè)

3.1 混凝土橋梁疲勞損傷當(dāng)量分析4 工程實(shí)例

本文以國(guó)道104紹興鐘家灣主線橋?yàn)橐劳?，分析在繁忙的車輛荷載作用下其疲勞損傷發(fā)展特點(diǎn)。該橋?yàn)橐宦?lián)（22+38+22）m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋面寬度9.5m，跨徑及截面布置形式如圖2所示。

重載作用下的混凝土疲勞損傷當(dāng)量分析：

本文首先建立了鐘家灣箱梁的ANSYS實(shí)體模型，采用圖1方法對(duì)鐘家灣箱梁橋進(jìn)行疲勞損傷分析。基于式（2）的指數(shù)函數(shù)對(duì)混凝土箱梁橋關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的疲勞損傷隨車輛總重的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行擬合。理論疲勞損傷值結(jié)果如圖3所示，兩種方法得到的疲勞損傷累積是基本一致的，驗(yàn)證了本文混凝土橋梁的疲勞損傷當(dāng)量分析方法。

5 結(jié)論

本文針對(duì)重載作用的混凝土橋梁疲勞損傷問(wèn)題，開(kāi)展了疲勞損傷當(dāng)量壽命預(yù)測(cè)分析研究，主要結(jié)論如下：

（1）提出了基于影響線的多軸車輛荷載效應(yīng)的簡(jiǎn)化分析方法，并能較為直觀地體現(xiàn)荷載響應(yīng)與各軸軸重、軸距的關(guān)系。

（2）分析三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁在不同軸重車輛作用下的疲勞損傷發(fā)展規(guī)律，顯示隨車輛荷載的增長(zhǎng)疲勞損傷呈兩參數(shù)的指數(shù)函數(shù)式增長(zhǎng)。

（3）提出了車輛荷載作用下混凝土橋梁疲勞損傷當(dāng)量分析方法，將其運(yùn)用至實(shí)際橋梁疲勞損傷預(yù)測(cè)中，其預(yù)測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)當(dāng)量車方法一致。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉斐.近期橋梁安全事故深度調(diào)查與分析[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2014.

[2]童樂(lè)為，沈祖炎，陳忠延.城市道路橋梁的疲勞荷載譜[J].土木工程學(xué)報(bào)，1997，30（5）：20-27.

[3]韓萬(wàn)水，王濤，李永慶.基于模型修正梁格法的車橋耦合振動(dòng)分析系統(tǒng)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2011，24（5）：47-55.

[4]劉國(guó)軍.基于變形的混凝土梁橋損傷機(jī)理研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012.

[5]Sasaki， K.K.; Paret， T，; Araiza， J.C.; Hals， P.. Failure of Concrete T-beam and Box-Girder Highway Bridges subjected to Cyclic Loading from Traffic[J]. Engineering Structures， 2010，32（7）：1838-1845.

[6]Sousa， C.; Rocha， J.F.; Calcada， R.; Neves， A.S. Fatigue Analysis of Box-Girder Webs subjected to In-plane Shear and Transverse Bending induced by Railway Traffic[J]. Engineering Structures， 2013，54（9）：248-261.