基于影響線的混凝土橋梁疲勞壽命預測分析

徐方圓

摘? 要：文章基于影響線分析提出了多軸車輛作用下的混凝土橋梁疲勞損傷當量分析及疲勞壽命預測方法。以一座預應力混凝土連續箱梁橋為例，基于動態稱重系統制定當量車荷載模型，分析不同程度車輛荷載作用下橋梁疲勞損傷發展規律，結果顯示車輛荷載與疲勞損傷之間存在著非線性指數發展規律，采用疲勞損傷當量分析預測得到的疲勞壽命與傳統當量車方法一致。

關鍵詞：車輛荷載;影響線;疲勞損傷;當量分析;壽命預測

中圖分類號：U441? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）11-0064-02

Abstract： Based on the analysis of influence lines， a method for fatigue damage equivalent analysis and fatigue life prediction of concrete bridges under the action of multi-axle vehicles is proposed in this paper. Taking a prestressed concrete continuous box girder bridge as an example， the equivalent vehicle load model is established based on the dynamic weighing system， and the fatigue damage development law of the bridge under different vehicle loads is analyzed. The results show that there is a nonlinear exponential development law between vehicle load and fatigue damage， and the fatigue life predicted by fatigue damage equivalent analysis is consistent with the traditional equivalent vehicle method.

Keywords： vehicle load; influence line; fatigue damage; equivalent analysis; life prediction

1 概述

隨著國民經濟的發展，公路橋梁交通量增大同時重載車輛也日趨增多，導致混凝土橋梁出現不同程度的損傷[1]。童樂為等[2]在現場調查基礎上利用等效疲勞損傷原理，得到公路及城市的疲勞車輛模型。韓萬水等[3]通過健康監測系統發現超限工況主要為單輛特重車過橋工況。劉國軍[4]提出的疲勞累積損傷模型，車輛荷載增長，疲勞累積損傷值非線性增長。Sasaki、Sousa等[5，6]通過混凝土箱梁疲勞試驗發現腹板的疲勞性能對結構使用壽命有重要的影響。本文基于影響線方法開展多軸車作用下的混凝土橋梁疲勞損傷當量分析，并建立基于當量損傷的混凝土橋梁疲勞壽命預測方法，分析隨著車輛荷載的增加對混凝土橋梁疲勞壽命的影響。

2 基于影響線的疲勞響應分析

在傳統影響線基礎上，本文將多軸車輛荷載看作是由多個單軸集中荷載以一定的軸距形式組成，利用各軸重影響線之間的關系，以影響線鏡像疊加方式簡化多軸車輛過橋的響應分析。3 混凝土橋梁疲勞損傷壽命預測

3.1 混凝土橋梁疲勞損傷當量分析4 工程實例

本文以國道104紹興鐘家灣主線橋為依托，分析在繁忙的車輛荷載作用下其疲勞損傷發展特點。該橋為一聯（22+38+22）m現澆預應力混凝土連續箱梁橋，橋面寬度9.5m，跨徑及截面布置形式如圖2所示。

重載作用下的混凝土疲勞損傷當量分析：

本文首先建立了鐘家灣箱梁的ANSYS實體模型，采用圖1方法對鐘家灣箱梁橋進行疲勞損傷分析。基于式（2）的指數函數對混凝土箱梁橋關鍵節點的疲勞損傷隨車輛總重的發展規律進行擬合。理論疲勞損傷值結果如圖3所示，兩種方法得到的疲勞損傷累積是基本一致的，驗證了本文混凝土橋梁的疲勞損傷當量分析方法。

5 結論

本文針對重載作用的混凝土橋梁疲勞損傷問題，開展了疲勞損傷當量壽命預測分析研究，主要結論如下：

（1）提出了基于影響線的多軸車輛荷載效應的簡化分析方法，并能較為直觀地體現荷載響應與各軸軸重、軸距的關系。

（2）分析三跨預應力混凝土連續箱梁在不同軸重車輛作用下的疲勞損傷發展規律，顯示隨車輛荷載的增長疲勞損傷呈兩參數的指數函數式增長。

（3）提出了車輛荷載作用下混凝土橋梁疲勞損傷當量分析方法，將其運用至實際橋梁疲勞損傷預測中，其預測結果與傳統當量車方法一致。

參考文獻：

[1]劉斐.近期橋梁安全事故深度調查與分析[D].長沙：中南大學，2014.

[2]童樂為，沈祖炎，陳忠延.城市道路橋梁的疲勞荷載譜[J].土木工程學報，1997，30（5）：20-27.

[3]韓萬水，王濤，李永慶.基于模型修正梁格法的車橋耦合振動分析系統[J].中國公路學報，2011，24（5）：47-55.

[4]劉國軍.基于變形的混凝土梁橋損傷機理研究[D].成都：西南交通大學，2012.

[5]Sasaki， K.K.; Paret， T，; Araiza， J.C.; Hals， P.. Failure of Concrete T-beam and Box-Girder Highway Bridges subjected to Cyclic Loading from Traffic[J]. Engineering Structures， 2010，32（7）：1838-1845.

[6]Sousa， C.; Rocha， J.F.; Calcada， R.; Neves， A.S. Fatigue Analysis of Box-Girder Webs subjected to In-plane Shear and Transverse Bending induced by Railway Traffic[J]. Engineering Structures， 2013，54（9）：248-261.