某梁桥检测技术和ANSYS 模拟分析结合

周 瑾 杨兴彪

(1.坤元资产评估有限公司，浙江杭州 310017; 2.桐庐县质量技术监督局，浙江 桐庐 315500)

0 引言

某桥梁为三跨后张预应力空心板简支梁桥，原设计等级为公路Ⅰ级，每跨跨度为16 m，桥面宽27.6 m，由27块梁板组成，单块梁板宽0.99 m，2004年竣工。混凝土材料如下:桥面板C40、立柱、盖梁C30混凝土。长二河桥的平面图、立面图和断面图见图1。因建造高架桥工程需要，施工单位拟在桥上中间跨设置两道临时支架，间隔10 m，线荷载最大:392 kN/m，平均264 kN/m，用于承受上部高架桥施工传来的荷载。为了验证该桥是否能够承受上部高架施工传递下来的施工荷载，该桥板上部结构在施工荷载作用下是否安全，从而为高架桥施工方案确定提供技术依据，我们采用ANSYS有限元软件精确分析了该桥受力情况，然后采用实验方法进行了验证。

1 理论计算及结果

因工程需要在桥梁上搭设的支架改变了桥梁本身用途，梁板的受力模式有所改变，需要较为详细地了解结构构件的受力情况。梁板单元类型选择实体单元，模拟其在施工荷载加载下结构的受力情况，两端支座约束采用固定。根据委托方提供的布置图，建立的有限元模型见图2，计算结果见图3～图9，数值结果见表 1，表 2。

2 实测结果

2.1 挠度

表3为实测数据，列出了第11榀和第14榀梁板在各级荷载作用下的跨中挠度。第11榀和第14榀梁板跨中挠度曲线见图10，图 11。

图1 某简支梁桥平面、立面和断面图

2.2 应变

箱梁底板和顶板(内壁)混凝土的应变和正应力见表4，表5。

图2 结构模型图

图3 挠度计算结果（最大值17.7 mm跨中）

图4 板顶压应力图（最大17 MPa）

图5 单根梁剖面图

图6 板底面正应力图（拉应力最大11 MPa）

图7 梁板剪应力（9.1 MPa）

图8 梁板剪应力剖面图

图9 腹板剪应力（Syz=6.5 MPa）

3 结构承载能力分析和评估

挠度校验系数见表6，应力校验系数见表7。

表1 各梁板上部最大压应力 MPa

表2 各梁板最大挠度 mm

图10 第11榀桥梁板荷载挠度曲线图

图11 第14榀桥梁板荷载挠度曲线图

结构理论计算主要是建立数学模型，确定结构加载后的静力响应。理论计算发现，在自重及委托单位提供的施工荷载作用下，混凝土梁的跨中压应力(16.30 MPa)小于C40混凝土设计强度值(19.1 MPa)，支座附近剪应力超出了设计强度(1.71 MPa)。考虑抗剪区域受剪钢筋和现场试验过程中受剪区外观检查结果，支座抗剪应能满足施工要求。

表3 实际加载及梁跨中挠度测试结果

表4 最大荷载情况下梁板的应变和正应力

表5 最大荷载情况下梁板端部的应变和剪应力

表6 挠度校验系数

现场检测时，跨中挠度校验系数约为1.04～1.06，略微有些偏大，而应力校验系数处于0.69～0.95，满足试验要求。荷载试验结果表明结构刚度偏小，应力强度储备余量不大。这与桥梁板底部原先贴了碳纤维布有关，用来修补裂缝的碳纤维布提高了桥梁板截面应力状态，而对桥梁板刚度影响较小。

表7 应力校验系数

4 结语

1)在试验荷载作用下，挠度校验系数略大于1.0，应力校验系数最大值接近1.0，试验结果与理论结果比较接近，说明桥梁板在加载过程中基本处于线弹性范围内。

2)在试验荷载作用下，跨中最大挠度为18.32 mm。

3)在试验荷载作用下，桥梁盖梁、接柱以及桩基变形稳定。

4)卸载后，桥梁板底部裂缝存在不能完全恢复残余宽度，说明桥梁结构存在一定的塑性发展。

［1］CJJ 99-2003，城市桥梁养护技术规范［S］.

［2］JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［3］JJGD 62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［4］CJJ 2-2008，城市桥梁工程施工与质量验收规范［S］.

［5］JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程［S］.