空心板桥铰缝损伤识别方法研究

１ 论 绪
装配式 空心板 桥作为 应用最 广泛的桥 型 之一具有结构形 式简单 、 高较低 、 梁 预制方便 、 用材经济 、 易于工厂化和标准化施工 ， 板在运 单 输和吊装过程中稳定性好等优点。 目前国内公 路桥 梁 ２ｍ 以下的 中小跨径桥 梁基本 上都 采 ０ 用空心板结构 。空心板桥在经过几年 的运 营之 后 ，经常发生铰缝断裂 、桥 面板单板受力等现 象。铰缝破坏 以后 ， 桥面板之间传递剪力 、 改善 桥 面荷载横 向分布的能力 下降，当超载车辆通 行时可能造成桥面板挠度 过大甚 至断板等情况 发 生 ， 重 影 响 了 行 车 安 全 和桥 梁 寿 命 Ｉ 可 见 ， 严 ｌ ｌ 。 铰缝破坏是产生其他病 害的诱发原因 ， 因此 ， 有 必要对空心板桥铰缝 的损伤识别 问题进行更深 入 的研究 ，寻求一种有效 的方法在铰缝损伤前 期就能够精确检测到铰缝 的损伤位置。 ２空心板的传力原理 通 过 板 １ 板 ２两 块 空 心 板 之 间 的 相 互 和 作用情况为例 ， 来介绍 当某一块板作用瞬态力 后力在板与板之间的传递情况 ： ａ． 当空心板 １上作用一 向下的瞬态力 （ 激 振） ， 时 两块空心板都将 产生一定的竖 向变 形 ， 并且通过铰缝将力横 向传递 ，以此来共同承担 力 的作用。 ｂ当 １２板之 间的铰缝存 在损伤时 ， ． 、 铰缝 传递力的能力必将减弱 ， 因此 ， ｌ 板 和板 ２之间 由于瞬态力作用产生 的竖 向位移 值将增 大。 Ｙ 并且与损伤前 比较 ，板 ２对板 １ 的作用力将减 小， 故板 １ 产生 更大的竖 向位移 ； 将 反之 ， ２ 板 竖 向位移将减小。 ３计算模型的建立 本文用 Ａ Ｓ Ｎ ＹＳ有 限 元 分 析 软 件 对 空 心 板 铰 缝 的损 伤 进 行 了 数值 模 拟 。本 文 中的 空 心 板 桥为铰接板 ， 板与板之 间依靠铰缝进行联系 ， 铰 缝 只传 递 剪 力不 传 递 弯矩 。故 建 模 时 必 须 把 板 与板 之 间 的 转 动 放 松 。铰 缝 是 用 Ｂ ａ ４ ｅｍ ４单 元 来 模 拟 ，Ｂ ａ ４单 元 通 过 设 置 Ｋ ｙｐ 值 的 属 ｅｍ４ ｅｏｔ 性将 Ｊ 节点转动全部放松 ， 而实现铰接 。 从 铰缝 的损伤则通过铰缝单元刚度的降低来实现 。空 心板桥 的设计参数如下 ： 空心板桥跨径 １ ． ， ２６米 全桥 由 ９块预应力 混凝土空心板组成 ， 具体尺寸 见图 ３ ４ 和 。 空心板的有限元模 型如 图 ５ 。
损伤前大 。
ｃ．
ｒ
当多处 铰缝 单元发生损伤时 ， 也同 样可得到 （ ）（ ） １ 、２ 中的结论 。但 连续的 两处 单 元 损 伤 时 ，例 如 ：６ 、６ ２ ２ ２ ３单 元 损 图 ｌ 移 最 大值 差 值 （） ０位 ４
图 １ 位 移 最 大值 差 值 （） １ ５
２ ０ ． ０ ３
作 者 简 介 ： 闯（９ ４ ） 汉 族 ， 龙 江 双 陈 １８ ～， 男， 黑
城人 ， 硕士， 事大跨径桥梁设 计理论研究。 从 责任 编辑 ： 依 凡 袁
图 Ｊ 移 最 大值 差 值 （） ２位 ６
－
２ ６－ ５
出 变化 规 律 。
４１５号 测 点加 载 ．
广 ～
旦 一～
１
…
＿ ＝ ＇
测 点 在荷 载 激励 后 发 生 了 自由振 动 ，各 测点在损伤前后位移最 大值的差 值 连线 如 图所 示 （ 图中 的正 负表 明方 向） ： 单铰缝单元损伤 ：见图 ７、） （ ８ 玉 — Ｌ ｊ＿ Ｌ —８ … 多铰缝单元损 伤： 见图 ９ （ ） 图 ４空 心板 桥 横 截 面 （ 单 图 ５ 空 心板 模 型 （ 示 梁 显 ４２ １号 测 点加 载 （ 图 １ 、１ ． 见 ０ １） 位 ：ｌ） ｅ１ Ｔ 单元形状 ） 多铰缝 单元损伤 ：见 图 １ ） （ ２ 通过 图 ７ １ ～ ２位移 最大 值 的变化 图 能够看出 ： ａ当某 一铰缝单 元损伤后 ， ． 损伤单元 两 侧 的 测 点 都 发 生 了 比较 明 显 的 变 化 ， 形 成 了 比 较 明 显 的 峰 值 。 以 ２ ４号 单 元 ６ 损 伤 为 例 ：６ ２ ４号 单 元 位 于 ４ ５号 测 点 之 图 ６测 点 、 缝 单元 图 、 铰 图 ７ 移 最 大值 差 值 ｆ） 位 １ 间 ，测 点 ４损 伤 后 的 位 移 最 大 值 比 损 伤 前 小 ， 且 减 小 的 最 明 显 ； 点 ５损 伤 后 并 测 的位 移 最 大值 比损 伤 前 大 ，并 且 增 大 的
伤 ，则仅能判断 出 ２３ ６ 号单元发生损伤，
２ ２号单元则判断不Ｈ损 伤；６ ２ ６、６ ６ ｛ ２ ２、６ ２ ８单元 损 伤， 则仅能判断出 ２ ２号和 ２ ６号单元损伤 ， ６ ６ 则 较难 判 断 ２ ８号 单 元 的 损伤 。 ６ ５结 论 通过对空心板桥损伤前后各板位移最大值 变化的分析 ， 可知 ： 当铰缝单元损伤后 ， 损伤单 元的前后两个测 点都 发生了 比较 明显的变化 ， 形成了比较 明显 的峰值 ； 发生损伤 的单元 ， 元 单 两侧的测点发生 了一致性的变化 ， 位移 最大值 的差值同时减小或者同时增大 ；当多处铰缝 单 元发生损伤时 ， 作用 存激励荷载同侧 ， 离近的 距 铰缝 可以判断其损伤 ， 远端 的则较难判断。 通过 最大位移的 比较可以较 准确的判断铰缝是否发 生损伤及损伤的位置 。 参 考 文献 Ｉ１陈 肇 元 ．土 建 结 构 工 程 的 安 全 性 与 耐 久 性 ， １
科
工 程 科技 ｆＪｆ
空 心板 桥铰 缝损 伤识别 方法研究
陈 闯
（ 重庆 交通 大 学 ， 重庆 ４ ０ ７ ） ００ ４
摘 要： 本文利用 了空心板桥的受力特点和铰缝在板与板之 间横 向传 力的作 用， 用数值 方法研 究了空心板桥在加 一瞬态力后 ， 自由振动过程 中， 伤前后 瞬态位移的变化情况， 出 了基 于瞬态分析的空心板铰缝损伤识别方法。 损 提 关 键 词 ： 缝 ； 值 方 法； 伤识 别 铰 数 损
本文在 空心板桥 的跨 中位置布置测 点 １９， — 铰缝 单元 为 ２ １２ ８ 具 体布 置 ６— ６ ，
见 图 ６ 。
４ 数值分析 本文通过在很短 的时间 ｄ 内施 加一 ｔ 个荷载来模拟理想 的冲击荷载 ， 录了 ２ 记 秒内的瞬态位移 的变 化情况 ．采用两种 图 ｌ 空 板 变形 图 ． 图 ２ 空 ・ 变形 图 心板 加 载方案 ， １ 在 号和 ５号测 点分别加载 ， 而 后对测 点 自由振 动 的情 况进 行分 析 。 以瞬态位移为参数 ，通过损 伤前后参数 的变化 情况来判断损伤 的位 置 ，并总结 图 ３ 简支 梁 空 心板 桥 横 截 面 布 置 图 （ 单位 ：ｍ） ｃ
最 明显 。
பைடு நூலகம்
ｂ当铰缝单元 损伤后 ， ． 板与板之间横 向传递力 的能力 Ｆ 了，损伤单元 两侧 降 的测点 发生了一致性 的变化 。以 ２４号 ６ 译元损 伤 为例 ： 号单 元 损伤 后 ，— ２ ４ ６ １４ 号测点损伤 后的位移最大值均 比损 伤前 小 ；－ ５ ９号测点损伤后的位移最大值均 比