计算机软件在某桥梁结构及其混凝土强度分析中的应用

卢彭龙



计算机软件在某桥梁结构及其混凝土强度分析中的应用

卢彭龙

（温州交运集团城东公交广告有限公司，浙江温州325000）

某桥经过多年的使用运营出现了一些问题，其中桥面板及梁体表面混凝土破损严重。为较好地把握该桥的使用性能，了解其结构受力行为和混凝土强度及其使用性能，通过现场测试及计算机仿真分析等手段对该结构及其混凝土强度进行了检测分析，从而对其结整体构及其混凝土强度实施了承载能力评价，给出了具体的修补措施，确保了该桥的安全运营和良好使用。

桥梁工程；结构行为分析；MIDAS

某桥为扩建桥梁，共由3座拱桥组成，其中一座为钢筋混凝土板肋拱桥（旧桥），另两座为钢筋混凝土刚架拱桥（扩建新桥）。原有钢筋混凝土板肋拱桥由13片拱肋组成，为车行道；扩建后在原有板肋拱桥两边增设了两座刚架拱桥，其中一座刚架拱桥由两片拱肋组成，位于运河下游，为人行通道；另一座刚架拱桥由8片拱肋组成，位于运河上游，由人行通道与车行道组成。

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图1 桥梁外观检查结果

由于该桥原设计资料缺乏，根据现场测量结果，该桥跨径为40.0m，整个桥面宽37.0m；参考运河上同类桥梁如博厦右桥等桥的设计资料，并考虑到运河上各桥的实际通行荷载基本无差异，按照有关规范规程，该桥的人群荷载取为3.5kN/m2，车道设计荷载取为汽车－20，验算荷载取为挂车－100。该桥经过多年运营后，即发现桥面及梁体表面出现局部蜂窝麻面、破损、漏筋现象，某些部位上有大量的裂缝，桥面缺损破坏严重，行车性能差。该桥的某些部位的病害见图1所示。

为较好把握该桥的使用性能及受力特点，现通过实测的手段对该结构的混凝土强度进行检测分析，应用检测结果对该桥的承载能力做出评价，同时提出相应的修补措施。

一、桥梁有限元模拟分析

1.桥梁现状分析

该桥于2004年竣工通车，桥梁设计荷载为汽—超20、挂—120。全线由西南线、南西线、南北线、南东线、东南线以及西东线组成，共有104跨，总长2 678.67米，全桥总平面布置见图1。据调查该立交桥西南线在2012年5月27日由于交通拥堵后车辆排队紧靠东侧栏杆一个车道通行，造成桥梁向东偏转，西侧翘起20cm左右，其后又自行恢复。事故发生后，检测发现有两联梁体偏移3cm左右，且梁体存在受力裂缝及其他裂纹，随后对西南线六联6×25m桥梁进行加固设计并进行了加固处理。为摸清加固处理桥梁的受力性能，对该高架立交桥梁进行静动载理论分析及性能评定试验研究，本文理论模拟分析及试验检测针对加固后的桥跨进行，试验检测对象为立交桥的西南线梁体。

2.有限元模型构建

高架立交桥梁数值模拟分析采用桥梁结构有限元分析软件MIDAS对立交桥进行结构分析，材料特性、边界条件设置、活载布置等均依据相关文件和试验实际布置进行设置，其中在各支座处的约束为铰支。利用有限元软件建立全桥的结构模型，对桥梁进行动力分析。高架立交桥梁一联数值模拟分析模型图，如图2所示。

图2 有限元分析模型

表1 试验荷载下主要截面的轴力计算值（单位：N）

表2 试验荷载下主要截面的弯矩计算值（单位：N.m）

3.模型静力行为分析结果

该桥的数值模拟分析主要涉及4种荷载工况，荷载工况施加的主要目的是使1-2＃梁达到最大值，工况1：30t；工况2：在工况1基础上，再施加30t；工况3：撤离工况2所加荷载，并将工况1所加荷载移至工况2所处位置；工况4：在工况3基础上，再加荷载30t。对应于各加载工况，1＃边拱肋、2＃次边拱肋控制截面的内力计算值如表1及表2所示。

二、检测方法与主要结果

针对该桥外部病害的检测分析，为检验桥梁结构的混凝土质量现状，根据回弹法检测混凝土抗压强度技术、钻芯法检测混凝土强度技术规程，对该桥上部结构和下部结构的混凝土强度进行了测试分析。

表3 刚架拱桥拱肋混凝土超声回弹结果

表4 板肋拱桥拱肋混凝土超声回弹结果

1.回弹法检测混凝土抗压强度

为检测该桥的刚架拱桥和板肋拱桥分别布置了10个超声回弹测区，测区表面采用砂轮清除表面杂物和不平整处，让其保持清洁、平整、干燥，不应有接缝、饰面层、粉刷层、浮浆、油垢、蜂窝麻面等；然后用回弹仪和超声仪依照技术规程进行测试，测试结果见表3和表4所示。

混凝土强度检测结果表明，刚架拱桥的拱肋混凝土强度推定值为 23.7 MPa，板肋拱桥的拱肋混凝土强度推定值为29.7 MPa，说明混凝土强度较好。

2.钻芯检测混凝土抗压强度

根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS 03：88）的要求，本次检测在该桥的上、下部结构进行了钻芯取样，共钻取了6组19个芯样，钻芯法检测混凝土强度结果均符合要求。

3.混凝土保护层检测

为了检测，采用钢筋保护层测试仪对拱桥的拱肋部位共抽检了20处混凝土最小保护层厚度值，其中新桥主拱肋为37mm，旧桥主拱肋为26mm，检测各处的混凝土最小保护层厚度值均大于25mm，能满足规范要求。

4.混凝土碳化深度检测

对于每一个回弹区域，用冲击钻在混凝土表面钻开直径为15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度。清除洞中的粉末和碎屑后（注意不能用液体冲洗孔洞），立即用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，然后用塞尺测量碳化深度值，准确至0.5mm。检测结果表明该西正路莞城刚架拱桥混凝土的平均碳化深度为6mm，西正路莞城板肋拱桥混凝土的平均碳化深度为7mm，深度偏大。

三、结语

通过对该桥进行外观检查及无损检测，结果表明该桥外观状况较好，但板肋拱桥的拱肋部分存在漏水现象；其混凝土强度、保护层厚度能够满足规范要求，但碳化深度偏大。由以上检测结果，根据《公路桥梁养护规范》，该桥技术状况评定为二类。板肋拱桥的板肋部分漏水现象较为严重，为确保该桥梁的正常使用，延长桥梁的服役期限，建议对此进行必要的维修与处理。

[1]姚玲森.桥梁工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]交通部科学研究所.大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

（责任编辑 鲍东杰）

Research of Computer Software in Concrete Bridge Structure and Its Strength Analysis

LU Peng-long

（Public Transit Advertisement Co Ltd of the City East, Wenzhou Transportation Group, Wenzhou, Zhejiang 325000, China）

er: After years of using, a bridge appeared some problems, especially in the bridge panel and girder surface concrete damage. To better grasp the performance of the bridge, getting to know the concrete strength of the bridge structure and its using performance, the author analyzed the structure and test the strength of concrete through field test and computer simulation analysis method, based on the results of the above analysis and test, bearing capacity evaluation of the bridge is put forward, and the repair of specific measures were carried out to ensure the safety of the bridge operation.

bridge engineering; analysis of structure; Midas of analysis software

U445.57

A

1008—6129（2015）01—0101—04

2014—11—22

温州市科技计划项目，项目编号：G20140017。

卢彭龙（1977—），浙江温州人，温州交运集团城东公交广告有限公司，工程师。