倒箱形截面門式框架斜橋頂板底面斜向裂縫成因分析

盧江波, 方鴻, 戴小冬

(湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410008)

1 工程概況

某兩跨倒箱形截面門式框架鋼筋混凝土斜橋，跨徑布置為2×18.3 m，如圖1所示，斜交角25°，門式框架結構凈高8.0 m，頂部建筑高度為4.97～6.15 m；下部結構采用樁柱式墩臺，其中橋臺位置柱直徑1.2 m，墩柱直徑1.0 m，樁基礎分別采用1.2 m和1.0 m人工挖孔樁；主梁采用倒箱形鋼筋混凝土截面，其中底板設置縱橫向混凝土加勁肋；橋面布置為7 m行車道，行車道兩側各布置5.15 m綠化帶、0.35 m護欄以及1.5 m人行道。主梁與下部橋墩固結。

圖1 門式框架斜橋橋型布置圖(單位：cm)

門式框架斜橋在通車運營2年后，1#墩左側5 m范圍內及右側8 m范圍內頂板底面出現斜向裂縫(裂縫位置有白色結晶物生成)，如圖2所示。考慮該橋為斜橋，空間效應較為顯著，采用通用有限元軟件Ansys 15.0建立三維實體有限元模型進行分析，以期得到頂板底面斜裂縫產生的確切原因，為該橋的維修加固提供科學依據。

圖2 頂板底面裂縫分布(單位：cm)

2 計算模型建立

(1)有限元模型建立

門式框架斜橋實體有限元模型如圖3所示，樁底固結，模型尺寸均按現場實測結果給定。斜橋上部鋼筋混凝土結構采用分離式建模方式，混凝土和鋼筋采用不同的單元處理，其中混凝土采用Solid45實體單元(圖3)，鋼筋采用Link8 3D桿單元模擬，不考慮鋼筋與混凝土之間的滑移。底板翼緣上方的預制板、磚墻以及植被綠化等以荷載形式進行模擬。

圖3 門式框架實體有限元模型

鋼筋與混凝土的材料特性按JTG D62-2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》進行取值，材料特性如表1所示。……