計算機軟件在某橋梁結構及其混凝土強度分析中的應用

盧彭龍

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計算機軟件在某橋梁結構及其混凝土強度分析中的應用

盧彭龍

（溫州交運集團城東公交廣告有限公司，浙江溫州325000）

某橋經過多年的使用運營出現了一些問題，其中橋面板及梁體表面混凝土破損嚴重。為較好地把握該橋的使用性能，了解其結構受力行為和混凝土強度及其使用性能，通過現場測試及計算機仿真分析等手段對該結構及其混凝土強度進行了檢測分析，從而對其結整體構及其混凝土強度實施了承載能力評價，給出了具體的修補措施，確保了該橋的安全運營和良好使用。

橋梁工程；結構行為分析；MIDAS

某橋為擴建橋梁，共由3座拱橋組成，其中一座為鋼筋混凝土板肋拱橋（舊橋），另兩座為鋼筋混凝土剛架拱橋（擴建新橋）。原有鋼筋混凝土板肋拱橋由13片拱肋組成，為車行道；擴建后在原有板肋拱橋兩邊增設了兩座剛架拱橋，其中一座剛架拱橋由兩片拱肋組成，位于運河下游，為人行通道；另一座剛架拱橋由8片拱肋組成，位于運河上游，由人行通道與車行道組成。

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圖1 橋梁外觀檢查結果

由于該橋原設計資料缺乏，根據現場測量結果，該橋跨徑為40.0m，整個橋面寬37.0m；參考運河上同類橋梁如博廈右橋等橋的設計資料，并考慮到運河上各橋的實際通行荷載基本無差異，按照有關規范規程，該橋的人群荷載取為3.5kN/m2，車道設計荷載取為汽車－20，驗算荷載取為掛車－100。該橋經過多年運營后，即發現橋面及梁體表面出現局部蜂窩麻面、破損、漏筋現象，某些部位上有大量的裂縫，橋面缺損破壞嚴重，行車性能差。該橋的某些部位的病害見圖1所示。

為較好把握該橋的使用性能及受力特點，現通過實測的手段對該結構的混凝土強度進行檢測分析，應用檢測結果對該橋的承載能力做出評價，同時提出相應的修補措施。

一、橋梁有限元模擬分析

1.橋梁現狀分析

該橋于2004年竣工通車，橋梁設計荷載為汽—超20、掛—120。全線由西南線、南西線、南北線、南東線、東南線以及西東線組成，共有104跨，總長2 678.67米，全橋總平面布置見圖1。據調查該立交橋西南線在2012年5月27日由于交通擁堵后車輛排隊緊靠東側欄桿一個車道通行，造成橋梁向東偏轉，西側翹起20cm左右，其后又自行恢復。事故發生后，檢測發現有兩聯梁體偏移3cm左右，且梁體存在受力裂縫及其他裂紋，隨后對西南線六聯6×25m橋梁進行加固設計并進行了加固處理。為摸清加固處理橋梁的受力性能，對該高架立交橋梁進行靜動載理論分析及性能評定試驗研究，本文理論模擬分析及試驗檢測針對加固后的橋跨進行，試驗檢測對象為立交橋的西南線梁體。

2.有限元模型構建

高架立交橋梁數值模擬分析采用橋梁結構有限元分析軟件MIDAS對立交橋進行結構分析，材料特性、邊界條件設置、活載布置等均依據相關文件和試驗實際布置進行設置，其中在各支座處的約束為鉸支。利用有限元軟件建立全橋的結構模型，對橋梁進行動力分析。高架立交橋梁一聯數值模擬分析模型圖，如圖2所示。

圖2 有限元分析模型

表1 試驗荷載下主要截面的軸力計算值（單位：N）

表2 試驗荷載下主要截面的彎矩計算值（單位：N.m）

3.模型靜力行為分析結果

該橋的數值模擬分析主要涉及4種荷載工況，荷載工況施加的主要目的是使1-2＃梁達到最大值，工況1：30t；工況2：在工況1基礎上，再施加30t；工況3：撤離工況2所加荷載，并將工況1所加荷載移至工況2所處位置；工況4：在工況3基礎上，再加荷載30t。對應于各加載工況，1＃邊拱肋、2＃次邊拱肋控制截面的內力計算值如表1及表2所示。

二、檢測方法與主要結果

針對該橋外部病害的檢測分析，為檢驗橋梁結構的混凝土質量現狀，根據回彈法檢測混凝土抗壓強度技術、鉆芯法檢測混凝土強度技術規程，對該橋上部結構和下部結構的混凝土強度進行了測試分析。

表3 剛架拱橋拱肋混凝土超聲回彈結果

表4 板肋拱橋拱肋混凝土超聲回彈結果

1.回彈法檢測混凝土抗壓強度

為檢測該橋的剛架拱橋和板肋拱橋分別布置了10個超聲回彈測區，測區表面采用砂輪清除表面雜物和不平整處，讓其保持清潔、平整、干燥，不應有接縫、飾面層、粉刷層、浮漿、油垢、蜂窩麻面等；然后用回彈儀和超聲儀依照技術規程進行測試，測試結果見表3和表4所示。

混凝土強度檢測結果表明，剛架拱橋的拱肋混凝土強度推定值為 23.7 MPa，板肋拱橋的拱肋混凝土強度推定值為29.7 MPa，說明混凝土強度較好。

2.鉆芯檢測混凝土抗壓強度

根據《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS 03：88）的要求，本次檢測在該橋的上、下部結構進行了鉆芯取樣，共鉆取了6組19個芯樣，鉆芯法檢測混凝土強度結果均符合要求。

3.混凝土保護層檢測

為了檢測，采用鋼筋保護層測試儀對拱橋的拱肋部位共抽檢了20處混凝土最小保護層厚度值，其中新橋主拱肋為37mm，舊橋主拱肋為26mm，檢測各處的混凝土最小保護層厚度值均大于25mm，能滿足規范要求。

4.混凝土碳化深度檢測

對于每一個回彈區域，用沖擊鉆在混凝土表面鉆開直徑為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（注意不能用液體沖洗孔洞），立即用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內壁的邊緣處，然后用塞尺測量碳化深度值，準確至0.5mm。檢測結果表明該西正路莞城剛架拱橋混凝土的平均碳化深度為6mm，西正路莞城板肋拱橋混凝土的平均碳化深度為7mm，深度偏大。

三、結語

通過對該橋進行外觀檢查及無損檢測，結果表明該橋外觀狀況較好，但板肋拱橋的拱肋部分存在漏水現象；其混凝土強度、保護層厚度能夠滿足規范要求，但碳化深度偏大。由以上檢測結果，根據《公路橋梁養護規范》，該橋技術狀況評定為二類。板肋拱橋的板肋部分漏水現象較為嚴重，為確保該橋梁的正常使用，延長橋梁的服役期限，建議對此進行必要的維修與處理。

[1]姚玲森.橋梁工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]諶潤水，胡釗芳.公路橋梁荷載試驗[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]交通部科學研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

（責任編輯 鮑東杰）

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

溫州市科技計劃項目，項目編號：G20140017。

盧彭龍（1977—），浙江溫州人，溫州交運集團城東公交廣告有限公司，工程師。