某梁橋檢測技術和ANSYS 模擬分析結合

周 瑾 楊興彪

(1.坤元資產評估有限公司，浙江杭州 310017; 2.桐廬縣質量技術監督局，浙江 桐廬 315500)

0 引言

某橋梁為三跨后張預應力空心板簡支梁橋，原設計等級為公路Ⅰ級，每跨跨度為16 m，橋面寬27.6 m，由27塊梁板組成，單塊梁板寬0.99 m，2004年竣工。混凝土材料如下:橋面板C40、立柱、蓋梁C30混凝土。長二河橋的平面圖、立面圖和斷面圖見圖1。因建造高架橋工程需要，施工單位擬在橋上中間跨設置兩道臨時支架，間隔10 m，線荷載最大:392 kN/m，平均264 kN/m，用于承受上部高架橋施工傳來的荷載。為了驗證該橋是否能夠承受上部高架施工傳遞下來的施工荷載，該橋板上部結構在施工荷載作用下是否安全，從而為高架橋施工方案確定提供技術依據，我們采用ANSYS有限元軟件精確分析了該橋受力情況，然后采用實驗方法進行了驗證。

1 理論計算及結果

因工程需要在橋梁上搭設的支架改變了橋梁本身用途，梁板的受力模式有所改變，需要較為詳細地了解結構構件的受力情況。梁板單元類型選擇實體單元，模擬其在施工荷載加載下結構的受力情況，兩端支座約束采用固定。根據委托方提供的布置圖，建立的有限元模型見圖2，計算結果見圖3～圖9，數值結果見表 1，表 2。

2 實測結果

2.1 撓度

表3為實測數據，列出了第11榀和第14榀梁板在各級荷載作用下的跨中撓度。第11榀和第14榀梁板跨中撓度曲線見圖10，圖 11。

圖1 某簡支梁橋平面、立面和斷面圖

2.2 應變

箱梁底板和頂板(內壁)混凝土的應變和正應力見表4，表5。

圖2 結構模型圖

圖3 撓度計算結果（最大值17.7 mm跨中）

圖4 板頂壓應力圖（最大17 MPa）

圖5 單根梁剖面圖

圖6 板底面正應力圖（拉應力最大11 MPa）

圖7 梁板剪應力（9.1 MPa）

圖8 梁板剪應力剖面圖

圖9 腹板剪應力（Syz=6.5 MPa）

3 結構承載能力分析和評估

撓度校驗系數見表6，應力校驗系數見表7。

表1 各梁板上部最大壓應力 MPa

表2 各梁板最大撓度 mm

圖10 第11榀橋梁板荷載撓度曲線圖

圖11 第14榀橋梁板荷載撓度曲線圖

結構理論計算主要是建立數學模型，確定結構加載后的靜力響應。理論計算發現，在自重及委托單位提供的施工荷載作用下，混凝土梁的跨中壓應力(16.30 MPa)小于C40混凝土設計強度值(19.1 MPa)，支座附近剪應力超出了設計強度(1.71 MPa)。考慮抗剪區域受剪鋼筋和現場試驗過程中受剪區外觀檢查結果，支座抗剪應能滿足施工要求。

表3 實際加載及梁跨中撓度測試結果

表4 最大荷載情況下梁板的應變和正應力

表5 最大荷載情況下梁板端部的應變和剪應力

表6 撓度校驗系數

現場檢測時，跨中撓度校驗系數約為1.04～1.06，略微有些偏大，而應力校驗系數處于0.69～0.95，滿足試驗要求。荷載試驗結果表明結構剛度偏小，應力強度儲備余量不大。這與橋梁板底部原先貼了碳纖維布有關，用來修補裂縫的碳纖維布提高了橋梁板截面應力狀態，而對橋梁板剛度影響較小。

表7 應力校驗系數

4 結語

1)在試驗荷載作用下，撓度校驗系數略大于1.0，應力校驗系數最大值接近1.0，試驗結果與理論結果比較接近，說明橋梁板在加載過程中基本處于線彈性范圍內。

2)在試驗荷載作用下，跨中最大撓度為18.32 mm。

3)在試驗荷載作用下，橋梁蓋梁、接柱以及樁基變形穩定。

4)卸載后，橋梁板底部裂縫存在不能完全恢復殘余寬度，說明橋梁結構存在一定的塑性發展。

［1］CJJ 99-2003，城市橋梁養護技術規范［S］.

［2］JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］.

［3］JJGD 62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［4］CJJ 2-2008，城市橋梁工程施工與質量驗收規范［S］.

［5］JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規程［S］.