基于數值模擬的空心梁板橋梁整體性快速檢測方法分析及工程實例應用

馮金庫

摘 要：目前空心梁板已成為中小型橋梁結構型式的主要選擇，在這一背景下，本文采用基于橫向分布影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測方法，通過建立三維數學模型，模擬集中應力在橋梁橫向移動作用過程，通過分析荷載移動過程中兩側邊板相對位移差值判斷橋梁結構損傷。同時，本文以廣東某小型公路實例橋梁為研究對象，采用本文建立的方法快速對其橋梁整體性能進行了判斷分析。本文采用方法可為提高橋梁整體性能檢測效率、節約檢測費用提供參考與借鑒。

關鍵詞：空心梁板;數值模擬;性能檢測;集中應力

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0150-02

0 引言

隨著我國經濟的迅猛發展，綜合交通體系不斷完善，公路橋梁建設數量直線上升。其中，空心梁板橋梁由于造價低廉、施工簡單方便、工期短（可先預制并現場安裝）廣泛應用于低等級農村公路橋梁中[1]。據統計，2017年我國新建橋梁中，采用空心梁板橋梁數量達到176.2萬座，占新建橋梁總數的23.6%，數量十分龐大。由于空心梁板橋梁橫向應力較大，容易產生鉸縫開裂、滲水等不利情況（圖1所示）[2]。因此，針對空心梁板橋梁的建設特性提出相應的快速檢測方法，保障橋梁運營穩定，節約檢測費用，具有十分重要的意義。

1 空心梁板整體性快速檢測方法分析

1.1 檢測方法分析

圖2所示，為細化研究區域，逐一分解研究對象，沿著橋梁軸向將研究對象分割成對稱的若干虛擬單元，距離步長為d;并按順序進行編號。以分割節點為受力點，依次在各個分割節點施加集中荷載，且施加的荷載大小保持一致。通過位移監測裝置記錄跨中位移測試截面處鉸縫兩側板梁的位移數值。

根據文獻[3]中的研究成果，以及筆者大量實踐經驗，在橋梁橫向應力整體性分布良好時，集中應力作用在對稱點（如1點與點）時，兩側邊板處產生的位移值差（即集中應力作用在1點時左側邊板處位移值-即集中應力作用在點時右側邊板處位移值，記為）近似于0。若值與0差距較大（根據文獻[3]中的研究成果，臨界值為±0.1m），則可認為該對稱點出現鉸縫破壞（位移值值大的點為破壞點）。

1.2 檢測步驟

根據檢測方法原理，以及部分實踐經驗，總結空心梁板整體性快速檢測步驟如：（1）了解待檢測橋梁的實際情況，明確需要檢測的鉸縫所在位置;（2）通過以下原則綜合確定距離步長d;1）能被橋跨長度以及單位時間荷載位移速度整除;2）距離步長越小，計算量越大計算時間越長，因此應綜合考慮計算量以及計算時間;（3）根據1.1節步驟添加移動荷載（一般選擇車載），并逐漸由橋跨一端向另一端移動，記錄運動過程中的測量值;（4）根據1.1節步驟檢測損傷出現位置以及出現時間。

2 實例工程應用分析

選擇廣東某小型公路實例橋梁進行檢測分析，主橋采用C40混凝土澆筑，橋梁截面布置見圖3所示。

借助ANSYS有限元計算軟件對實例工程進行快速建模，橋梁整體模型見圖4所示，采用0.5m間距劃分節點，因此實例工程虛擬節點劃分示意圖見圖5所示。

根據試驗結果，將荷載移動過程中，兩側邊板相對位移值變化過程見表1與圖6所示。分析可知：

（1）作用點1-4點為完全無損傷區，當荷載作用在1-4點及其對稱點時，相對位移差值為0。（2）作用點在5點時，相對位移值開始出現微小偏差，因此把4-5點定義為過渡區。（3）作用點在5-10點時，相對位移值出現明顯變化，且在7點超過臨界閾值（0.01mm），橋梁發生明顯損傷。（4）作用點在10-11點時，相對位移值又逐漸縮小。離開損傷區。（5）由于左側邊板相對位移均大于右側邊板，因此可知橋梁損傷區為5-10點位置（如圖5中橫線標示區域所示）。

加載過程中橋梁撓度曲線變化見圖7所示，分析可知，在車載加載過程中，橋梁梁底最大撓度值為-15.0mm左右，小于跨中最大容許值（-33.0mm）。同時在加載過后，撓度值能逐漸彈回，但是彈回速度較慢，可見實例工程橋梁中間區域出現了一定程度損傷，但是現狀還能正常使用，應及時進行維修、加固處理，保證橋梁運營安全。

3 結語

本文在對空心梁板橋梁特性及損傷機理進行分析、總結的基礎上，采用基于橫向分布影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測方法，通過建立三維數學模型，模擬集中應力在橋梁橫向移動作用過程，通過分析荷載移動過程中兩側邊板相對位移差值判斷橋梁結構損傷。最后，本文以廣東某小型公路實例橋梁為研究對象，通過數值模擬分析，研究了實例結構整體性能，快速判斷出實例工程在5-10節點存在明顯的結構損傷。本文研究結論可為小型公路橋梁快速檢測提供借鑒與參考，具有十分有效的指導作用。

參考文獻

[1] 余正武.高速公路路基路面病害檢測技術的合理選擇[J].公路，2007（5）：19-23.

[2] 成琛，沈成武，許亮.用鉸接板（梁）法計算有損傷橋梁的橫向分布系數[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2004（2）：229-231，251.

[3] 趙懷志，李強，程珊珊，等.公路技術狀況評定指南[M].北京：人民交通出版社，2008.