衡阳蒸水大桥加固前后力学特性分析.pdfVIP

衡 阳 蒸 水 大 桥 加 固 前 后 力 学 特 性 分 析 邓小康, 李传习 ( 长沙理工大学 土木与建筑学院, 湖南 长沙 410004) 摘 要: 基于有 限元计算方法, 借助 An sys 计 算软件 建立模 型, 采 用两种 不同方 式的增 大截面法对衡阳蒸水大桥加 固前后的力学特性进行了研究, 建立 了平面有限元模型以分析运 营期间静力特性的改善情况, 建立 了空间有 限元模 型以分 析运 营期 间的动 力特 性的改 善情 况, 并分析 了不同的加 固方式对结构力学特性的影响, 通过力学 特性的评估, 提出了对于该桥 相对有利的加 固方法 。 关键词: 双 曲拱桥加 固; 增大截面法; 有限元分析; 静力特性; 动力特性 首先采用植筋的方式施工 由槽钢组成的劲性骨架, 然 1 工程实例及加固方案 后浇注与拱肋等宽的 25 cm 厚的混凝土, 形成加 固截 面, 见 图 1。为了减小桥墩受力, 重新浇筑 的拱上填料 1. 1 工程概况 采用轻质混凝土 。 衡阳蒸水大桥建成于 1979 年, 为等截面悬链线双 曲拱结构, 主桥跨径为净跨 3 50 m , 主拱圈为悬链线 拱, 矢高 1. 1 m , 拱轴系数 m= 2. 24, 矢跨 比 1/ 8, 腹拱 为圆弧拱, 矢高 0 . 57 m 。 该桥原设计荷载为汽车- 20 级, 验算荷载为挂车 - 100。桥梁建成后, 由于当地 的经济发展, 其实际承 受荷载已远超设计荷载, 尤其近年来在重交通 、超负荷 图 1 采用劲性骨架加 固的拱圈截面( 单位: cm) 的运营状态下, 该桥 已出现如下病害: 1) 拱肋、拱波、 铺装 、桥墩出现不 同程度的开裂, 拱肋 、立柱、腹拱混凝 1. 2. 2 整浇混凝土板加 固法 土出现剥落并露筋, 有可能影响到其承载能力; 2) 拱板 采用整浇混凝土板 的增大截面加固法, 在整个主 强度测定值 比设计值偏低 、混凝土钢筋保护层厚度偏小 拱圈下部浇筑一块 25cm 厚、与整个主拱 圈等宽的混 以及拱肋线形与设计存在一定误差。以上 因素对结构 凝土板来提高主拱 圈的承载能力, 新加 的混凝土板通 受力产生不利影响。并且随着交通量的进一步增加, 其 过植筋的方式和原桥主拱 圈相连, 见图 2 。 受力情况将进一步恶化。因此, 对此桥加固势在必行。 1. 2 加固方法 2 有限元模型 共拟定了劲性骨架 、整浇混凝土板两种不同方式 的增大截面加固法, 以分析不 同的加 固方式对结构静 2. 1 有限元建模的若干考虑 力和动力特性的影响, 结构在加 固过程 中应先挖除旧 2. 1. 1 静力分析模型 的拱上填料, 等后期加 固截面达到强度后再 回填新 的 借助 An sy s, 采用 Beam54 单元对加 固前后 的结 拱上填料, 使加 固截面有效参与受力, 加 固截面在纵向 构分别建立平面有限元模型, 以对结构进行静力分析。 与原拱肋线形保持一致。 Beam54 单元是二维弹性渐变不 对称梁单元, 该单元 1. 2. 1 劲性骨架加 固法 允许其每一端有不 同的不对称 的截面形状, 并且许可 采用劲性骨架 的增大截面加 固法, 在每个拱肋下 其端节点从梁 的中性轴偏移, 可 以较准确地模拟横截