考虑相对转角的空心板梁桥铰缝损伤识别方法研究

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桥梁作为交通运输的咽喉,在如今日益增大的交通量、内部结构自然老化、各种外在自然灾害以及超重(或超限)车辆现象较为普遍的影响下,极易发生不可逆转的损伤,因此,桥梁结构安全监测与评估具有极大的重要性和必要性。针对现有空心板梁桥铰缝损伤的研究中,对传统铰缝理论在实际铰缝内部受力状态及传力机制分析不足,尤其在考虑相对转角与相对位移方面缺少针对性研究,此外,桥梁铰缝结构损伤诊断的研究多停滞在定性与定位阶段,准确定量损伤的实例并不多见的问题,本文在考虑剪切传递和侧向力的基础上,建立弹簧铰缝的铰缝力学模型,推出铰缝损伤程度计算公式,并结合实际桥梁案例进行验证分析,研究发现该方法不仅能够达到定性损伤发生和定位损伤位置,亦可以达到精准定量损伤程度的目的。本文以实际空心板梁桥为例,通过MIDAS/Civil建立空心板梁桥有限元模型,并结合实际桥梁试验分析,进行了以下工作:(1)在分析铰缝内部受力状态及传力机制的基础上,建立铰缝力学模型和空心板梁桥计算模型,从挠度和转角出发,计算出相对位移、相对转角和铰缝剪力,推出铰缝损伤程度的计算公式,将相对挠度、剪力和相对转角代入推出的公式,从而计算出铰缝的侧向力和损伤程度。(2)对于空心板梁桥铰缝损伤进行了数值模拟分析工作,通过有限元软件建立出空心板梁桥模型,并采用虚拟横梁模拟铰缝,利用降低铰缝材料弹性模量的方法引入损伤。运用有限元模型模拟计算得到铰缝内部剪力、侧向力和相对位移值,将理论值与模拟值进行对比,代入公式计算得到了铰缝损伤程度的具体数值。结果表明,模拟结果与公式计算值吻合较好,荷载位置对于计算结果具有显著的影响,此方法可以达到定性损伤的发生、定位损伤的位置和定量评估铰缝损伤程度大小的目的。相较于既有的铰接板理论,该理论具有更高的精确性。(3)通过某空心板梁桥实际模型对桥梁内部进行应力有限元理论分析,得到理论计算的应力云图,并且利用空心板中心挠度的理论值和实测值对于该空心板梁桥铰缝的损伤程度进行了数值模拟和分析,得到了每个铰缝的损伤程度,给出了铰缝的具体修复和重建意见,具有实际参考价值。(4)在有限元软件MIDAS/Civil中进行空间受力精细化计算,在有限元模型中降低横向虚拟横梁材料的弹性模量引入25%损伤,得到每个工况下不同铰缝的转角值和桥梁的位移变形图,通过位移值计算得出相对位移,并与设定的模拟值进行对比,发现计算值与模拟值具有较强吻合性。实际静载试验测得了每个测点的位移和应变值,利用基于相对位移与相对转角的铰缝损伤识别研究方法进行试验结果分析,计算得到实际空心板梁桥铰缝的损伤程度,结果表明该桥梁的损伤情况较为严重,需要对铰缝进行重建与修复。
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