1、基于加速度幅值比的空心板梁桥铰缝损伤评价应用研究徐亚林摘要：铰缝作为板梁桥横向传力构件，直接影响桥梁的结构安全稳定，对其进行检测评估十分必要。研究通过 ANSYS 有限元软件进行动力响应分析，对不同损伤位置（跨中、梁端）及不同损伤程度（0%、25%、50%、75%）下的铰缝进行模拟，提出了加速度幅值比来定义铰缝损伤，并得到铰缝损伤的评估标准。在此基础上，对江苏省高速公路某一混凝土空心板梁桥进行铰缝损伤的实测研究，进一步分析和验证了铰缝损伤评估方案的应用效果。Abstract：As the transverse force transmission member of the slab beam
2、 bridge，thehinge joint directly affects the safety and stability of the bridgestructure，and its detection and evaluation are very necessary.The studyused ANSYS finite element software to perform dynamic response analysis，andsimulated hinge joints at different damage positions（span mid-span and beame
3、nd）and different damage levels（0%，25%，50%，75%）.The value ratiowas used to define the hinge damage，and the evaluation standard of the hingedamage was obtained.Based on the simulation，the joint joint damagemeasurement of a concrete hollow slab beam bridge in Jiangsu Province wascarried out.The effect
4、of the joint joint damage assessment scheme wasfurther analyzed and verified.關键词：桥梁病害;铰缝损伤评价;加速度幅值比;实桥运用0引言混凝土空心板梁桥作为中小跨径典型桥梁，被广泛应用于高等级公路建设中。经过长期的运营服役，面临着交通量急剧增长、服役环境复杂多变等问题。铰缝作为板梁横向传力的构件，存在铰缝渗水、析白、脱落等问题，直接影响桥梁的横向传力效果，严重情况下会造成“单板受力”现象12。因此，研究铰缝的损伤规律及性能评估就显得十分重要。近年来，国内外学者围绕板梁桥铰缝问题进行研究，提出了基于铰缝刚度变化、相对位
5、移指标、加速度幅值变化、振型数据变化等一系列铰缝损伤评估检测方法，但是相关方法的应用都具有一定对象适用性和局限性37。因此，深入研究铰缝性能劣化规律并建立铰缝损伤检测评估体系就尤为重要，本文以江苏省高速公路服役的混凝土空心板梁桥为研究对象，进行铰缝损伤评估的研究，具有一定的工程应用价值。1有限元数值模拟研究采用 ANSYS 有限元软件建立了 13m 跨径、13 块板梁铰接的桥梁模型，通过车辆模型进行有限元的车轿耦合动力响应分析，考察铰缝劣化因素对于预应力混凝土空心板梁结构的性能影响，着重关注板梁的挠度、加速度等数值变化规律。板梁结构几何尺寸及建模过程如表 1 和图 1 所示。研究采用删除铰缝实
6、体单元的方法来表征铰缝受损，对于 13 块板梁铰接的桥梁而言，共有 12 条混凝土铰缝，模拟针对第 6#铰缝分别在跨中和梁端进行不同程度的铰缝损伤模拟（见图 2），铰缝损伤模拟工况如表 2 所示。研究采用加速度幅值比来定义铰缝损伤，其基本原理是采用铰缝两侧梁板的加速度幅值进行比值分析，该指标既考虑了单块板梁的挠度、加速度结果，也同时考虑了相邻板梁的传力效果。研究对于第 6#铰缝在不同位置及不同受损程度下，板梁动力响应的加速度幅值比结果进行汇总分析，如表 3 所示。通过对第 6#铰缝在不同铰缝受损工况下的动力响应及加速度幅值比进行分析，可以发现随着铰缝受损程度的增大，无论是铰缝跨中位置还是梁端位
7、置，其加速度幅值比均不断增大。对于跨中处铰缝受损的工况，其跨中处的加速度幅值比要大于 1/4 跨处，而梁端处铰缝受损的工况，结果相反。说明越靠近铰缝受损处，其加速度幅值比越大。为进一步探究铰缝损伤的评估，研究将铰缝损伤及对应的加速度幅值比进行等级划分，如表 4 所示。2实桥检测应用2.1 桥梁基本概况研究选用江苏省内某高速公路板梁桥为实测对象，进行铰缝损伤的评估，该桥上部结构为 613m 先张法预应力混凝土结构，桥宽 24m。该桥铰缝损伤的外部表现较为明显，铰缝渗水、析白情况较为严重，部分铰缝勾缝脱落，铰缝病害外观如图 3 所示。2.2 检测方案研究采用电子位移计分别测试板梁的挠度变形、铰缝的
8、开合和错台，相关数据的采集需要在持续交通流情况下监测 20 分钟，采样频率为 200Hz。其中，铰缝的开合是指其相邻板梁在水平方向上距离变化，错台是指相邻板梁在竖向方向上的位移值，相关测定点的布置示意如图 4 所示。2.3 检测分析通过对检测数据的提取，研究首先分析了第 6#和 7#铰缝的开合数据，结果如图 5 和图 6 所示。由图 5、图 6 可知，6 铰缝在两个时段采集的实测开合数据均大于 7#铰缝，6#铰缝开合最大达到 0.132mm。在铰缝外观检测的基础上，发现第 6#铰缝 1/4 跨处至跨中处伴有不同程度的析白、渗水现象，长度约为 5m，数据测试和采集过程中着重关注了 6#8#板梁挠
9、度的数据变化，其监测结果如图 7、图 8 所示。由图 7、图 8 可知，当有车辆通过桥面时，板梁会有一定下挠，挠度会呈现一定幅度波动，最终再恢复初始状态。其中，相对于 8#板梁，6 和 7 板梁的下挠更为明显，说明第6#铰缝横向传力效果不如第 7#铰缝，通过数据处理后进一步得到 6#铰缝和 7#铰缝在跨中及 1/4 跨处的相对位移时程曲线，如图 9 和图 10 所示。如图 9、图 10 所示，6#铰缝在跨中及 1/4 跨处的相对位移时程曲线均远大于 7#铰缝，说明铰缝 6#已存在损伤，该结论与铰缝外观检测一致，相对而言，7#铰缝的相對位移实测值趋近于 0，说明铰缝未受损伤，传力效果较好。为一步
10、评估 6#铰缝的损伤等级，对铰缝两侧板梁的位移时程曲线进行处理得到加速度时程曲线，如图 11 和图 12 所示。由图 11、图 12 可知，第 6#板梁的加速度幅值要大于 7#板梁，计算得到 6#和 7#铰缝的加速度幅值比分别为 1.14 和 0.98。根据前文铰缝损伤评定标准来看，6#铰缝处于轻微损伤，而 7#铰缝未受损。加速度幅值比在考虑相邻板梁加速度时程曲线的基础上，进一步验证和量化了铰缝评估指标，该检测评估方法具有一定科学性和可实践操作性。3结语本文通过 ANSYS 有限元模拟空心板梁桥动力响应分析发现，随着铰缝破坏程度的增加，铰缝相对位移等指标也随之增大，进一步总结出利用加速度幅值比
11、来衡量铰缝损伤程度，该方法为实际工程评价桥梁铰缝损伤程度提供一种新的思路。参考文献：1许光.不封闭交通桥梁铰缝加固技术在桥梁维修施工中的应用J.交通世界，2019（31）：90-91.2夏姝丽.板梁桥小铰缝预养护技术研究J.山东交通科技，2019（04）：97-100.3王前进.公路桥梁典型结构病害分析及加固方案研究J.西部交通科技，2019（07）：92-95.4金敦建.车载作用下预应力空心板梁桥动力响应及铰缝病害评价方法研究D.扬州大学，2019.5陆垚锋.板梁桥铰缝的界面非线性接触分析及损伤研究D.扬州大学，2019.6盛玲莉.装配式空心板梁铰缝病害分析与维修J.城市道桥与防洪，2019（05）：218-220，26.7顾万，肖鹏，范钊，陆垚峰，茅荃.混凝土板梁桥典型病害损伤机理及养护措施研究J.施工技术，2018，47（S4）：628-633.