APP下载

移动荷载作用对拱桥耐久性的影响

2020-01-03刘安胜王学敏刘建军

中国水运 2020年12期
关键词:耐久性

刘安胜 王学敏 刘建军

摘 要:当前,我国交通运输事业发展迅速,行车速度和车辆载重日益提高,移动车辆对桥梁结构的动力作用也越来越不容忽视。长期以来,桥梁设计都是基于静力结构进行分析,重点放在各种荷载作用下结构的静强度要求,对行车产生的动力交变荷载的影响并未足够重视。较大的动力交变荷载会引起结构构件疲劳和耐久性降低,从而影响桥梁的使用寿命。本文采用数值模拟的方法进行建模分析。有关报告显示,40%的拱桥在荷载试验时冲击系数都在1.4以上,车辆通过时振动感明显。构件在长期交变荷载作用下产生的裂缝和其他损坏,往往与许多因素耦合在一起,最终导致混凝土构件钢筋锈蚀等而引发安全事故。

关键词:静力分析;移动交变荷载;耐久性

拱桥是公路建设中采用最多的桥型之一。在我国西南部地区,山高谷深,地势起伏大,地质条件良好,修建大跨径钢筋混凝土拱桥能较好地适应山区地形,充分利用岩石地基的承载能力,且结构造型美观,易与周围环境相协调,后期养护费用低,因而与其它桥型相比往往具有明显的优势,因此研究移动荷载对其动力性能和耐久性的影响,对于拱桥的设计、施工、运营具有指导意义。

但是在移动荷载的作用下,由于移动荷载的特性——大小、方向基本保持不变,作用点随着荷载的移动而改变,荷载位置的变化,而引起结构各处的反力、内力、位移等的变化,当荷载处在某一位置时,会对结构产生最不利影响。在最不利位置突然启动、紧急制动等会使结构的破坏加剧,不同的结构产生的损伤各有不同。对于钢桥,损伤严重的是钢构件之间的连接,对于系杆拱桥,则主要造成吊杆的失效。

1工程概况

本文以贵州某高速上一座上承式钢筋混凝土拱桥为依托,桥型布置如图1所示。拱轴系数为1.756,主桥采用跨径组合为30m+125m+30m的上承式钢筋混凝土拱桥,计算矢跨为125m,矢高25m,矢跨比。

2结构模型的建立及计算

根据设计图纸,利用Midas2019建立有限元模型,对拱桥的受力进行数值模拟,分析静力荷载作用下结构的内力、位移等参数值,并对移动荷载(车辆荷载)作用下结构的内力以及位移等进行分析,对比在移动荷载(车辆荷载)和静力荷载作用下的结构受力变化,以及移动荷载最不利位置结构内力、位移值变化。

2.1只在静力荷载作用下

当荷载只承受静力荷载时,此时结构的反力、内力及应力如图所示。

2.2在静力荷载及移动荷载共同作用下

3计算结果分析

由计算数据可得,结构在静力荷载作用下和静力荷载加移动荷载作用下的受力情况有所不同。具体表现在:静力荷载加移动荷载作用下拱脚处竖向的最大支反力为39721.4KN,水平推力最大值为45231.1KN;只在静力荷载作用下拱脚处竖向的最大支反力为38219KN,水平推力最大值为43485.9KN,竖向最大支反力的增长幅度为3.93%,水平推力的增长幅度为4.01%。静力荷载加移动荷载作用下主拱圈的最大正弯矩值21310.2KNm,负弯矩最大值为-7430.12KNm;只在静力荷载作用下正弯矩最大值为16021.7KNm,负弯矩最大值为-12599.6KNm(“-”只表示方向)。由于移动荷载的作用,使正弯矩增加了33.0%,负弯矩反而减小了69.6%。在静力荷载加移动荷载作用下拱圈处于全截面受压状态,最大压应力值为8900.64KPa,只在静力荷载作用下的最大压应力值为9495.55KPa,在移动荷载加静力荷载作用下应力减小了6.68%。在静力荷载加移动荷载作用下拱圈拱顶的的位移值与只在静力荷载作用下相比变化不大。

4 结论

由以上數据分析得出,移动荷载对于桥梁结构物的作用表现在不是单一的作用,它是与其他作用耦合在一起,可能对结构的某些方面产生不利影响,也可能产生利于结构的影响。

在移动交变荷载的作用下,对桥面板结构的影响表现在造成桥面板破损、铺装层开裂,导致铺装结构劣化严重,进而影响主体结构的受力安全。由于铺装层的破损,导致雨水下渗以及其他杂质侵袭桥梁结构主体,导致钢筋锈蚀,保护层脱落,主体结构进一步暴露自然环境中,加剧主体结构的破坏。

参考文献:

[1]JTG D60-2004(条文说明), 公路桥涵设计通用规范[S].

[2]姚玲森,顾安邦.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2008.

[3]邵旭东.桥梁设计与计算[M].北京:人民交通出版社,2012.

[4]陈宝春,叶琳.我国混凝土拱桥现状调查与发展方向分析[J].中外公路,2008(02):89-96.

[5]黄绳武.桥梁施工及组织管理(上册)[M].北京:人民交通出版社,2006.

猜你喜欢

耐久性
土木工程建筑的安全性及耐久性探究
论混凝土结构的耐久性问题
铁路隧道防水工艺及材料耐久性检测研究
浅谈公路养护的发展趋势
基于复掺矿物外掺料的高性能混凝土配合比设计研究
钢筋混凝土工程冬季施工技术措施管窥
磁性指数对铁尾矿水泥基材料特性的影响
机翼的损伤容限设计
高性能混凝土的发展现状及趋势