混凝土桥梁裂缝特性及其对结构固有振动的影响分析

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1、铁道建筑14RailwayEngineering文章编号：1003-1995(2011)10—0014—05混凝土桥梁裂缝特性及其对结构固有振动的影响分析司秀勇，施洲(1．燕山大学，河北秦皇岛066004；2．西南交通大学土木工程学院，成都610031)摘要：详细介绍混凝土桥梁结构开裂理论、裂缝种类及其具体成因，研究混凝土桥梁裂缝损伤对结构动力特性的影响。采用单元刚度退降模拟结构裂缝，以简支梁、连续梁和拱分别模拟单一单元不同位置、不同程度损伤及不同结构长度损伤的情况，系统分析裂缝损伤对固有振动特性的影响。结果表明，

2、不同位置处损伤对频率摄动的关系曲线与对应振型相似，但在固端约束及支承处的损伤对频率影响显著。损伤引起的频率摄动量的变化率随损伤程度的增大而缓慢增大。频率摄动量随损伤长度的增大而增大，当损伤长度增加的部分处于对应振型的峰值附近时，则频率摄动量的增大速率相对较大，反之则较小。单一单元损伤引起的振型变化很小，各类损伤前后的MAC值均在0．90以上。关键词：混凝土桥裂缝固有振动中图分类号：U448．38文献标识码：B及拱上立柱拱圈位置出现损伤；而混凝土双曲拱桥易1桥梁结构的损伤特性与分类于在拱肋与拱波结合部、拱波顶出现纵向

3、裂缝；桁架拱桥梁损伤对承载力影响可分为非结构性损伤和结桥在施工缝处、杆件连接处以及受拉杆件上常出现裂构性损伤。非结构性损伤是桥跨结构的非承力构件的缝。对于其他组合结构桥梁，损伤总体可以分为混凝破损等，如桥上栏杆、灯柱、排水设施、各类装饰物等的土构件的开裂以及钢构件的锈蚀、开裂损伤等。此外，损坏，桥面铺装(非承力部分)的破损等。非结构性损桥梁支座、伸缩缝损伤也是各类桥梁的常见损伤，此类伤不影响桥跨结构的传力与承力。主要影响桥梁的美损伤对桥跨结构的静动力特性均有一定的影响。观、防撞等使用性能，并可能影响桥梁的耐久性能，

4、但2混凝土桥梁裂缝的力学成因及受力特征此类损伤也会影响桥跨结构的阻尼特性。结构性损伤则是作为桥跨结构受力的各类构件和作为支承和连接2．1混凝土结构开裂理论设施的支座和伸缩缝的构件以及其他能够引起桥跨结当混凝土受拉区的拉应力达到其极限抗拉强度构的静、动力特性发生改变的构件与设施的破损。时，在构件最不利拉应力截面附近将出现第一批裂缝。对于混凝土桥梁，构件的损伤主要有混凝土开裂、由于混凝土的局部变异、收缩和温度作用产生的微裂混凝土表面老化剥落、混凝土内钢筋锈蚀等。其中混缝以及受拉区混凝土的局部削弱(如箍筋处)等偶然凝土开

5、裂则是混凝土构件最为常见的损伤，其影响也因素的影响，第一批裂缝出现的位置是一种随机现象。最为显著。混凝土简支梁、连续梁、刚构等梁式桥的开裂缝出现后，开裂截面的混凝土退出工作，应力为零，裂状况包括梁体无规律的网状裂缝，梁下缘受拉区的钢筋承受全部拉力，产生应力突变。配筋率越低，突变裂缝，梁体腹板上的竖向裂缝，梁端部腹板上的斜裂引起的钢筋应力增量就越大。沿构件长度上钢筋应力缝，粱上水平施工缝等引起的开裂，钢筋锈蚀引起梁底的变化，使裂缝两侧钢筋与混凝土之间产生黏结应力纵向裂缝，预应力钢筋张拉引起的沿预应力筋延伸的和相对滑移

6、。黏结应力将钢筋的拉力传给混凝土，随裂缝，中间墩处负弯矩区的开裂等。对于拱桥，混凝土着距离开裂截面距离的增大，黏结应力的积累增大，混或砌石拱圈易于在拱脚上部、拱顶下部、四分跨位置以凝土的拉应力逐渐增大，钢筋应力逐渐减小，直到距离开裂截面一定距离处，钢筋与混凝土的应变相等。此收稿日期：2011．06．20；修回日期：20110720时，相对滑移及黏结应力消失，钢筋与混凝土的应力又基金项目：吉林省交通科技计划项目(2009—1．3)；中央高校基本科研业恢复其原来的应力状态。当荷载再增大时，在其他一务费专项资金资助(SW

7、JTU09CX001)些抗拉强度较弱的截面上将出现新的裂缝。作者简介：司秀勇(1978一)，男，吉林洮南人，讲师，博士。2011年第1O期混凝土桥梁裂缝特性及其对结构固有振动的影响分析152．2混凝土桥梁裂缝的种类和成因产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使钢混凝土桥梁结构裂缝的成因是非常复杂的，有时筋有效断面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承是多种因素互相影响的结果。每一条裂缝均有其产生载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，的一种或几种主要因素。混凝土桥梁裂缝的种类，按进一步导致结构破坏。照

8、其产生的外因进行分类，大致可划分为以下几种。4)冻胀引起的裂缝1)结构性裂缝在北方等寒冷地区，大气气温低于零度时，吸水饱结构性裂缝是由荷载引起的裂缝，也称为受力裂和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀缝，其分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝的出现，说9％左右，在混凝土内部产生膨胀应力，并导致桥梁裂明结构承载力可能不足或存在其他受力严重问题。荷缝出现。?