资源描述：
《双曲拱桥病害原因分析及诊断》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、双曲拱桥病害原因分析及诊断第33卷第4期2009年8月武汉理T大学(鸯盖)JournalofWuhanUniversityofTechnology(TransportationScience&Engineering)Vo1.33No.4Aug.2009双曲拱桥病害原因分析及诊断*成琛刘文波.'(武汉理工大学交通学院"武汉430063)(湖北省公路管理局科研所武汉430030)(湖北省高速公路实业开发有限公司"武汉430030)摘要:建立了双曲拱桥的全桥平面有限元模型,对其主要病害进行数值模拟,分析了在主拱跨中损伤,拱脚损伤,拱
2、脚竖向位移和拱脚水平位移四种病害情况下全桥的内力及结构位移的变化,通过遗传算法对全桥损伤(包括损伤位置和损伤程度)进行识别,结果表明遗传算法对双曲拱桥的主要病害识别有较好的精度.方法和结论对双曲拱桥的维修加固都有一定的参考价值.关键词:双曲拱桥;有限元分析;遗传算法;病害分析;诊断中图法分类号:U445.7DO1:10.3963/i.issn.1006—2823.2009.04.013双曲拱桥是我国20世纪六七十年代建设最多的一种拱桥型式,但是限于当时设计水平和荷载标准偏低,结构钢材用量少,存在着先天不足,特别是在长期重荷载,大交通量
3、的运营情况下,大部分双曲拱桥都出现了不同程度的病害,许多己成为危桥.如何处理这类桥梁病害,是交通主管部门目前最为关注的问题之一_】.j.本文基于这种需求,建立了双曲拱桥的全桥平面有限元模型,对其主要病害进行数值模拟,分析在各种病害情况下全桥的内力及结构位移的变化,并通过遗传算法对全桥损伤(包括损伤位置和损伤程度)进行识别.1有限元求解图1是5连拱的单元划分示意图.每拱分为1IIIIV图15连拱桥单兀划分不恿图24个单元,分别有25个节点,4个中墩各分为4病害.上部结构的病害主要有:拱波纵向开裂;拱个单元,分别有5个节点,各拱之间及主拱
4、与墩之肋开裂;横系梁(横隔板)开裂或脱落;拱顶下沉;问的连接处的3个节点(25,26,126;50,51,131;侧墙鼓胀外倾;拱上建筑(腹拱圈及横墙)开裂75,76,136;100,101,141)以从节点的方式连结.等j.下部结构病害的主要有:基础局部冲空;承主拱两侧的端点(1,125)及4个中墩与地连接处台竖向开裂或向一侧倾斜;基础下沉等.(130,】35,140,145)作固结处理.总之,全桥共有选取双曲拱桥最常出现,对其影响最大的3单元136个,节点145个,6个固定支座.种病害作为计算的类型,即主拱跨中损伤,拱脚损1.1计
5、算分类伤及拱脚位移3大类.每一种损伤分别考虑多种双曲拱桥病害分为上部结构病害和下部结构损伤程度,分析各大类下的最不利荷载情况.收稿日期:2009—06—19成琛:女,29岁,博士生,主要研究领域为桥梁结构分析与监控技术国家西部交通建设科技项目资助(批准号:200731822330)?660?武汉理工大学(交通科学与工程版)2009年第33卷1.2计算结果分析1.2.1主拱跨中损伤本文以第1I跨是否损伤来讨论.第1I跨单元号从25～48,节点号i从26～5o,其对应关系为单元e的左右节点分别为i+1和i+2.第2跨起始线a)活载作用在拱
6、脚附近第2跨中心线7OkN7OkN130kN.4l30kN量..一一≥……..』,
7、_I.…'@①b)捕载作用在跨中附近图2活载加载位置(尺寸单位:m)假设第36单元受损,依据第1I跨跨中弯矩影响线最不利情况加活载.加载方式如图2b).图中拱轴线以直线示意.以损伤程度一0.2～0.5为例进行分析.本文将结构按各向同性考虑,损伤量(损伤程度)可用标量d来描述.损伤后的弹性模量和损伤前的弹性模量E的关系为:E==:f1一d)E图3是第1I跨跨中单元36损伤前后的挠度曲线图.由图3可知,因为受到荷载的作用,第1I跨的挠度明显大于连拱的其他几
8、跨.与第1I跨相邻的第1跨和第1II跨因连拱作用也相应产生了挠度变化.观察节点39,当单元36未损伤和单元36损伤量分别为0.2,0.3,0.4和0.5时,相应的挠度值分别为15.0,15.2,15.3,15.4和15.7mm.这说明当主拱受到损伤时,在相同的活载作用下,主拱挠度发生了变化.损伤后活载作用拱的最大基魁蟋:,V节点一无损伤一第36单元操作0.2—一第36单元操作0.3—*一第36单元操作0.4一第36单元操作0.5图3主拱跨中损伤挠度曲线图挠度大于无损时的最大挠度,而且损伤程度越大,其变化越明显.1.2.2拱脚位移1)
9、假设1号中墩顶部单元121有竖直向下的位移.按图2a)方式加活载.图4为第1号中墩墩顶下沉1,3rlllTl时的挠度图.币点图4第1号中墩墩顶下沉挠度曲线图由图4中可以看出,墩台的竖向沉降引起了主拱的挠度增大,拱脚负弯矩
