铰缝破坏对装配式空心板桥荷载横向分布影响的分析

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1、◎⋯Ⅲ一s铰缝破坏对装配式空心板桥荷载横向分布影响的分析宋尧，李国平(同济大学桥梁工程系，上海200092)摘要：铰缝破坏是装配式空心板桥的一种常见病害。为了得到车辆荷载下铰缝破坏程度对荷载横向传递的影响趋势以及每块空心板的最不利受力情况，对一座典型的预应力装配式空心板桥进行了计算分析。通过折减铰缝弹性模量的方法来模拟铰缝的破坏程度；采用影响线加载的方法获得最不利的车辆加载工况，并以主板跨中截面粱底的正应力为参数进行分析。结果表明：在铰缝弹性模量折减到千分之一时，正应力变化不大(铰缝两侧主板错位不大)；而当铰缝弹性模量继续减小时，正应力

2、迅速增大(铰缝两侧主板错位迅速增大)。主板最不利的受力状况为单板受力。关键词：桥梁工程；装配式空心板桥；铰缝破坏；横向分布0引言装配式预应力混凝土空心板桥在中、小跨度的混凝土桥梁中应用广泛。此类桥梁常采用预制安装法施工，即在桥梁施工现场吊装预制空心板，然后再通过现一号板三号板五号板七号板九号板十一号板浇混凝土铰缝和桥面铺装来实现桥梁的横向联接]。图1全桥横断面(单位：mm)早期的装配式板桥设计所采用的铰缝尺寸较小，在强度与刚度方面，小铰缝都无法满足荷载反复作用下的变形和受力要求。随着交通流量和车载重量的增加，空心板铰缝常会出现破坏，严重

3、时会导致眍重P出现单板受力现象。装配式板桥主要通过铰缝中竖一I_Ioo星向剪力来实现车辆荷载的横向分配。当铰缝的破坏较轻时，铰缝仍然可以传递的一部分竖向剪力，此时不会严重影响桥梁的安全。如果铰缝破坏严重，那么就会威胁到桥梁的安全L2]。因此，针对铰缝破坏程度对于空心板桥荷载横向传递影响的研究具有重要的工程实用价值l建立计算模型加I99511．1桥梁概况本文对一廖典型的装配式预应力空心板桥进行了图3边板横断面(单位：mm)计算分析。该桥纵向跨径为20m，横向宽度为1．2计算模型l2．8m，Fb12段板蝌成，其中边板标准宽1．4nl，中板运

4、用MIDAS／FEA有限元程序，采用三维空间实标准宽lm，各板横向由漏斗状的混凝土铰缝进行连体单元对桥梁进行有限元建模，整桥的计算模型如图接具体寸见】一，同s。空心板、铰缝、桥面铺装均4所示在空心板与桥面板、空心板与铰缝的接触面采瞩C50混凝土上，单元是共节点的。本桥为简支板桥，故边界条件为两端简支，共设48个支座。40上冯堍N【J．32012◎进行车辆的加载。通过影响线加载的方法来获得最不利的车辆加载方式。由于空心板跨径较小，需对汽车荷载加载图示进行选取对比。汽车荷载考虑车道荷载和车辆荷载两种形式。计算结果表明：汽车荷载采用车道荷载的

5、加载方法对于桥梁受力更为不利。图4全桥三维实体模型2计算结果及分析2．1计算结果1．3计算原理由于本文篇幅有限，此处选取一、三、五号板来进1．3．1铰缝破坏模拟行分析。为了得到车辆荷载下铰缝破坏程度对空心板如前所述，装配式空心板桥主要通过铰缝和桥面板荷载横向传递的影响趋势和每块板的最不利受力情中的竖向剪力来实现荷载的横向传递。当铰缝发生破况，车辆加载时主要考虑以下两个方面：一是考虑铰缝坏时，常常表现为铰缝处的桥面板沿桥梁纵向开裂_1]。破坏的程度不同，二是考虑不同的铰缝破坏组合。因此，在有限元模型中，可以通过折减这部分混凝土的如前所述，

6、模型中通过折减铰缝弹性模量来模拟弹性模量值(见图5)来模拟空心板桥的铰缝破坏。铰缝的破坏。下面的铰缝破坏方式图中标注为“破坏折减弹性模鲢的混凝lj：部分铰缝”的部分，在计算时对其弹性模量进行了折减。弹性模量值从大到小分别取为铰缝没有破坏时的弹性模量、弹性模量减小到百分之一、千分之一、万分之一、十万分之一和弹性模量为零即代表铰缝完全破坏。图51／2桥宽空心板横断面图(1)一号板1．3．2车辆加载方法图6所示的一号板跨中荷载横向分布影响线图对根据JTGD60—2004((公路桥涵设计通用规范》来应于图7所示的铰缝破坏情况。板1板2板3板4板

7、5板6板7板8板9板10板11板l2板1板2板3板4板5板6板7板8板9板l0板11板l2(a)铰缝1破坏(b)铰缝3破坏板1板2板3板4板5板6板7板8板9板l0板11板12板1板2板3板4板5板6板7板8板9板10板11板l2)铰缝4破坏(d)铰缝6破坏图6一号板横向分布影响线由横向分布影响线图可知，当铰缝弹性模量折减坏铰缝”处出现明显突变。当铰缝完全破坏时，横向分到千分之一时，横向分布影响线形状基本维持不变。布影响线将退化成一段线或者一个点。当铰缝弹性模量继续减小时，横向分布影响线会在“破由横向分布影响线计算可知，可能导致一号板受

8、No．32012上冯41◎力最为不利的铰缝破坏方式见图7(图中所示为三车范对两车道加载效应和折减后的三车道加载效应进行道加载，采用两车道加载时则无最右侧车道)。根据规比较嘲。表1为由汽车荷载所引起的一号板跨