钢筋混凝土桥梁病害分析及ansys病害评价方法简介

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1、钢筋混凝土桥梁病害分析及Ansys病害评价方法简介：桥梁是重要的交通基础设施，确保其承载力和正常的使用性能是一个非常关键的问题。随着我国交通运输任务日益繁重，超载现象急剧增加，严重增加了桥梁的承载负担，加之雨水、冻融、大气腐蚀与结构疲劳等自然环境和使用环境等因素的长期作用，桥梁病害日益严重，造成桥梁使用功能和行车服务质量日趋退化，甚至发生工程事故。因此，及时发现桥梁病害，避免各种事故的发生，已成为人们日益关注的问题。　　关键词：桥梁病害Ansys承载力　　　　1、前言　　据1995年我国公路普查资料显示，我国仅公路部门就有5000多座危桥，全长13万延米，约占原有桥梁的3.54%。铁路部门自

2、1985年以来共投入七亿元用于整治桥梁病害，但桥梁病害的新生速度仍然超过整治速度，1993年桥梁病害率（指需要加固补强的桥梁与桥梁总数的比率）为16.5%。据1994年铁路部门统计，我国国有运营铁路有病害桥6137座，占桥梁总数的18.8%，其中混凝土桥梁为2675座，混凝土梁裂损722座，1966孔。在国外，桥梁病害问题同样严峻。据美国联邦公路局的调查表明：美国目前有600000座桥梁，约有40%存在不同程度的损坏，17%的结构强度降低，必须限制通行。如何评价这些危桥、旧桥的损坏情况已成为目前的重要课题。　　2、桥梁病害的主要形式和成因　　（1）桥面铺装层破损开裂，伸缩缝附近桥面铺装层出现

3、碎裂、板间铰缝缝体变形损坏，桥面板出现混凝土分离、脱落、磨碎和受水侵蚀现象，造成车辆对桥体产生冲击荷载和跳车，降低结构的耐久性和承载能力。如不及时修补，可能导致相邻空心板失去横向联结能力，破坏桥梁的整体受力性能，使桥梁结构受力不均，形成单板受力。在车辆荷载的作用下，由于每个单板承受的荷载大幅增加，加速了梁板的损坏，甚至危及行车安全；　　影响铺装层破坏的因素包括：高速行车的冲击、剪切与磨耗；雨雪、冻融、气温变化等自然环境的腐蚀；主梁变形对铺装层的约束；铺装材料与施工质量的影响；铺装层厚度与组合方式选择不合理；铺装层与梁体的结合密实度不够等。　　（2）桥头跳车。即由于公路桥头及伸缩缝（桥头引道）

4、处的差异沉降或伸缩缝破坏而使路面纵坡出现台阶而引起车辆通过时产生跳跃的现象。跳车会严重影响行车的舒适性，对桥梁产生冲击作用，并对结构构件造成破坏。　　产生的原因有：施工不符合要求，台背填土速度过快或作业面较小，造成土体压实不密，沉降过快；桥头混凝土设计不合理，导致施工质量问题；地基处理不当，墩台沉降；桥面铺装层破损开裂；伸缩缝设置不合理等。　　（3）结构裂缝，包括外荷载引起的裂缝和变形裂缝，常见的有腹板斜裂缝，板底横向裂缝，纵向贯通裂缝，X裂等。裂缝往往会引起其它次生病害，如钢筋锈蚀、冻融破坏等，并与裂缝形成恶性循环，降低桥梁的耐久性。　　裂缝产生的原因多与荷载作用有关，多出现在受拉区、受剪

5、区或振动严重部位，往往是由于截面尺寸偏小、钢筋配筋率不足、车辆超载等因素造成。而结构由于受到温度、收缩和徐变、不均匀沉降等因素作用也会产生裂缝。　　3、Ansys病害评价方法简介　　（1）建立模型　　Ansys中的Solid65单元是专为混凝土等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元，其带筋模式加固材料可以模拟混凝土中的普通钢筋及箍筋，可以考虑混凝土的开裂与压溃现象，模拟拉伸时产生裂缝，受压时压碎，它还有塑性和徐变等非线性特点。裂缝的处理形式上，采用“分布裂缝”，假设混凝土最初是各向同性材料，除了开裂和压碎之外，混凝土也会塑性变形，常采用Drucker2Prager屈服面模型模拟其塑性

6、行为的应力应变关系。在这种情况下，一般在假设开裂和压碎之前，塑性变形已经完成。　　所谓分布裂缝模型，不是直接地模拟裂缝，而是在力学上模拟裂缝的作用，在建立单元刚度矩阵时，考虑裂缝的影响。如图1分布裂缝模型所示，分布裂缝模型假定在单元内产生了无限条平行的裂缝，使得材料变成正交异性的。在垂直于裂缝的方向，弹性模量等于零。为了反映骨料咬合作用，在平行裂缝方向，保留一比较小的剪切模量。　　如果待分析桥梁为预应力钢筋混凝土结构，可以采用Link8单元模拟预应力钢筋，按照实体力筋法建立钢绞线单元，并用约束方程建立预应力筋与混凝土的节点耦合方程，最后使用等效荷载法、降温法或初始应变法施加预应力。　　如图2

7、所示，为一个预应力空心板的Ansys有限元模型，由于空心板的对称性只建立板模型进行计算分析。　　（2）分析方法简介　　经过Ansys非线性分析，可以得到结构的位移、应力、应变相对应的时程分析曲线及云图，绘制加载各时刻的裂缝发展图。通过不同的加载方式，可以通过运算结果验算结构的抗弯、抗剪强度和刚度，判断结构横截面的中性轴位置，以及裂缝发展情况，并通过与理论计算结果对比分析，对桥梁的损坏情况进行定性、定量的分析。