基于仿真分析的桥梁承载能力评估

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1、2015年9月第9期城市道桥与防洪桥梁结构83基于仿真分析的桥梁承载能力评估刘菊玖刘望平(广州市市政工程设计研究院，广东广州51060)摘要：桥梁结构承载能力是旧桥检测的关键指标之一，结合广州市某立交桥的模态测试结果，对比桥梁结构破损前后低阶模态参数的变化，对桥梁的有限元模型参数进行仿真修正，依据经过仿真修正的计算模型对桥梁结构进行承载力检算和评估。关键词：桥梁结构；承载力；仿真分析；模态试验中图分类号：u44l．4文献标志码：B文章编号：1009—7716(2015)09—083一o4桥梁等，且荷载试验费用大，费时长，因此，采用荷

2、0引言载试验进行桥梁结构评估的方法在实际应用上受桥梁结构的使用效能及耐用年限，主要由设到了一定的限制。计、施工和所使用材料的质量以及运营状况而定。该文以广州市某立交桥为工程背景，基于模设计、施工和材料可能存在某些缺陷，这些缺陷使态试验和仿真分析对结构的计算参数进行修正，桥梁结构先天就存在某些薄弱点，桥梁在运营使并对结构的承载能力进行仿真验算，从而对桥梁用中又会受到不可避免的人为损害及各种大自然结构的承载能力的鉴定方法进行补充。该方法主侵蚀而带来后天病害。先天缺陷和后天病害的不要的优点是对交通影响小，费用低且速度快。利影响一旦结合在一

3、起，再遇上荷载和外力的临2工程背景界组合，很容易使桥梁结构发生不能预见的损坏。一处或某几处局部的损坏还可能产生连锁反应，该立交桥位于广州市中心城区，为连接内环波及到更多的部位，发展成更大的损坏，以至危及路的一重要出口，交通量很大，且跨越广深铁路。桥梁主体结构的安全。该桥建于1986年，是公跨铁的单层立体桥，为斜桥梁结构的检查，是保证桥梁正常使用、进行支梁桥，斜交角度为58055’35”，桥梁全长为430m，维修加固的依据。及时的检查可以较早地发现桥其中桥长191．62m，共计为9孔，即5x18m+23m+梁的病害，减小维修工作量；如

4、果病害发现得越35m+23m+18m。本桥主桥采用(23+35+23)m的晚，维修工作量就越大。检查不及时或者不充分都单孔双悬臂刚架加挂梁的结构形式。主跨35m由会使桥梁病害得不到及时发现而存在安全隐患。2边跨23m变截面刚架各挑出6．76m悬臂，两悬因此，桥梁结构检查的目的在于随时掌握结构的臂间挂21．48m预应力混凝土组合空心板式梁组技术状况和安全状况，较早地发现缺损和异常情成。况，及时提出和采取必要的养护措施，保证行车和刚架桥截面采用变截面变高度多箱室箱梁，行人的安全，延长其使用寿命。梁宽22m，箱室高度由1m变化到1．8m；

5、21．48m目前旧桥的承载能力鉴定的依据是《公路桥挂梁采用梁高0．9m的预应力混凝土组合空心板梁承载能力检测评定规程》(JTG／rI'J21—2011)Ⅲ，而式梁。下部结构采用大悬臂隐式帽梁变截面薄腹且在实际中很多情况下依据荷载试验来进行桥梁桥墩，桩基为钻孔灌注桩。承载能力检算。具体方式基本为：将通过荷载试验原设计荷载为汽-20，挂一100。主桥结构简获得的挠度校验系数田按照文献【1】提供的挠度校图如图l所示。验系数卵与检算系数的关系确定桥梁的检算系3桥梁的自振频率的计算机仿真求解数，然后对桥梁进行检算。然而，在某些情况下，很难进行

6、荷载试验，如跨铁路桥梁、交通要道上的3．1成桥时自振频率求解[21在工程技术领域中的很多力学问题和场问收稿日期：2015—04—10作者简介：刘菊玖(1968一)，男，湖北汉川人，高级工程师，现从事题，虽然人们已经得到了它们的基本方程和边界桥梁检测与加固设计工作。2015年9月第9期城市道桥与防洪桥梁结构85表1成桥时桥梁的前三阶振型不变)，取弹性模量设计值为1，有限元分析结果见图3。由图3可见，竖向与横向频率随弹性模量变化比较显著，而纵向频率的改变有限。当弹性模量提高到设计值的l0倍时，竖向基频增加约l10％，横向基频增加约106

7、％，纵向基频增加约10％。3．2模态试验(2)梁裂缝的影响通过对脉动信号进行谱分析，得出全桥竖向混凝土都是带裂缝工作的，裂缝的存在和发振动频率为3．33Hz，测点分别位于两边跨的跨中展，使相应部位构件的承载能力受到一定程度的及中跨挂梁的中部，三个测点所测得的数据完全削弱，同时裂缝还会引起保护层剥落、钢筋锈蚀、一致。这也是最重要的一个振形，因为它反映了该混凝土碳化、持久强度低等，甚至危害桥梁的正常桥的竖向承载刚度，也就是主梁的刚度，这也是我运行和缩短其使用寿命。们在下一阶段的计算机仿真分析中参数修正的重在有限元分析时，裂缝的影响简单考

8、虑为削要依据；纵桥向振动频率因为行车干扰较大，不甚弱截面尺寸。同时改变混凝土梁截面顶底板的厚明显，且纵向自振频率主要反映桥墩的刚度，主梁度(保持其它参数不变)，取截面尺寸的设计值为l，弯曲刚度对其影响较小；因为桥梁较宽，且墩截面有限元