混凝土箱梁橋濕接縫受損受力特性研究

孫雪平

（中國公路工程咨詢集團有限公司路橋設計研究院分公司，湖北 武漢）

引言

混凝土箱梁橋作為重要的交通基礎設施，其結構穩定性與連接部位的完整性密不可分。其中，濕接縫作為連接混凝土箱梁的關鍵部位，其連接方式直接影響著橋梁結構的整體性能。然而，目前對于濕接縫受力特性及其受損程度的評估研究尚顯不足[1，2]。因此，本研究旨在系統地探討不同濕接縫連接方式對混凝土箱梁的受力特性產生的影響，并提出相應的損傷評估方法。

1 濕接縫與混凝土箱梁連接方式

濕接縫是混凝土箱梁橋結構中的重要連接部位，其連接方式直接影響著整個橋梁的結構穩定性與承載能力。在實際工程中，常見的濕接縫連接方式包括剛接、鉸接和失效狀態[3]，如圖1（a）、圖1（b）、圖1（c）所示。

圖1 濕接縫與混凝土箱梁連接方式

1.1 剛接

濕接縫的兩側混凝土梁通過一定的形式固定在一起，形成相對剛性的連接，能夠有效地傳遞荷載，提高了橋梁的整體承載能力。然而，剛接方式也存在一定的局限性，例如在部分情況下可能會導致橋梁結構的應力集中，從而影響了其受力性能。

1.2 鉸接

在鉸接方式下，濕接縫的兩側混凝土梁通過某種方式實現了相對靈活的連接，濕接縫能夠在一定范圍內發生位移，有利于吸收荷載引起的變形，減緩了應力的集中。相比于剛接方式，鉸接方式在某些情況下能夠提升橋梁的抗震性能，但也需要在設計與施工中合理設置鉸接裝置，以保證其正常工作。

1.3 失效狀態

在失效狀態下，濕接縫已經發生了嚴重的破壞，無法再承擔正常的連接作用，濕接縫所在的位置往往會出現嚴重的變形，甚至可能導致整個橋梁結構的崩潰。因此，在工程實踐中，失效狀態往往被視作一種不可接受的連接方式，需要及時采取修復或加固措施。

2 濕接縫損傷評估方法

濕接縫作為混凝土箱梁橋結構的關鍵連接部位，其受損程度的準確評估對于保證橋梁結構的可靠性至關重要。本文采用有限元分析法對濕接縫的損傷進行評估。

首先，通過實地檢查和結構評估，確定濕接縫的具體損傷類型，如開裂、脫落等。根據損傷類型和程度，采用定量和定性相結合的方法，對濕接縫的損傷程度進行評估[4]。借助有限元分析軟件，建立混凝土箱梁橋的模型，包括濕接縫的連接方式和結構參數，通過模擬不同濕接縫損傷程度下的受力情況，獲取相關數據。根據有限元模擬結果，計算不同濕接縫損傷程度下的橫向分布系數。同時，根據橫向分布系數的變化趨勢，評估濕接縫損傷對橋梁結構的影響程度。有限元分析法具有較高的靈活性，能夠模擬各種復雜情況下的受力情況，為濕接縫的損傷評估提供了重要的工具。然而，該方法也需要合理設置模型的參數與邊界條件，以保證模擬結果的準確性。

3 工程實例分析

以某高速公路混凝土箱梁橋為研究對象。該箱梁橋全長約318 m，共計5 跨，跨長為250 m，跨徑分別為：30 m+60 m+70 m+60 m+30 m，橋寬9.6 m，箱梁頂寬為2.8 m，底寬為1.4 m，高度為1.6 m。橋梁所在位置地質條件復雜，存在地基沉降風險，橋墩采用深基礎+淺基礎結合形式，橋面采用高強度、高耐磨的瀝青混凝土鋪裝，與箱梁通過濕接縫連接，結構型式如圖2 所示。

圖2 橋型結構圖

3.1 有限元模型構建

本文用Midas Civil 軟件進行有限元分析，對該箱梁橋進行模擬。模型的構建主要包括箱梁本體、濕接縫以及相鄰的混凝土梁，其中箱梁和濕接縫采用彈性模型進行建模，將混凝土箱梁和濕接縫進行網格劃分，對支座進行合理的約束設置，模擬實際工程中的支座條件，考慮混凝土的材料特性和幾何形狀，以保證模擬結果的準確性，根據實際工程情況設置偏載和中載的加載方式，模擬實際荷載條件[5，6]，如圖3 所示。

圖3 模型結構圖

模型構建的具體參數設置見表1、表2。

表1 混凝土材料參數

濕接縫寬度為0.1 m，長度為1 m，距箱梁端部10 m。將濕接縫連接處的橫向位移和縱向位移固定，模擬濕接縫的連接情況。濕接縫連接處的平面轉動約束范圍為[-0.5，0.5]，豎向轉動約束范圍為[-0.2，0.2]。

3.2 損傷模擬分析

3.2.1 不同濕接縫損傷程度下的橫向分布系數

針對不同濕接縫損傷程度進行橫向分布系數的研究，考慮了偏載和重載兩種工況的影響。對1#、2#濕接縫分別進行損傷模擬分析，應變和位移橫向分布系數結果如圖4 所示。

由圖4 可知，隨著濕接縫損傷程度的增大，偏載和中載下的橫向分布系數也呈現出相應的增大趨勢。在同一濕接縫損傷程度下，不同工況下的橫向分布系數有所差異，這表明濕接縫連接方式對橋梁的橫向連接性能有顯著影響。中載條件下的橫向分布系數相對偏載條件下更為穩定，主要由于中載條件下受力更加均勻。在偏載工況下，隨著濕接縫損傷程度的增大，1#梁與2#梁之間的橫向分布系數呈現出明顯的變化。具體來說，從剛接狀態到鉸接狀態，橫向分布系數略微增大；然而，當濕接縫出現失效時，橫向分布系數顯著增大，增大系數約為1.87，這表明濕接縫的失效會顯著影響橋梁的橫向連接狀況。在中載工況下，1#濕接縫的橫向分布系數也顯示出明顯的變化。從剛接狀態到鉸接狀態，橫向分布系數略有變化，但當濕接縫失效時，橫向分布系數急劇增大，增大系數約為1.47。這表明濕接縫的失效也會在中載工況下產生顯著影響。

3.2.2 偏載作用下的橫向分布系數

在偏載作用下，對不同濕接縫損傷程度進行模擬分析，得到其橫向分布系數結果如圖5 所示。

圖5 偏載作用下的橫向分布系數

由圖5（a）可知，在偏載作用下，隨著濕接縫損傷程度的增加，橫向分布系數明顯變化。失效狀態下，1# 梁與2#梁之間的橫向分布系數明顯增大，增大系數相比剛接狀態增加了約34.53%。與剛接狀態相比，鉸接狀態下的橫向分布系數也有所增加，但增幅相對較小，約為5.71%。由圖5（b）可知，對于2# 濕接縫，在偏載作用下，與剛接狀態相比，鉸接狀態的橫向分布系數顯著增加，增幅約為26.67%，而在失效狀態下，2# 梁與3#梁之間的橫向分布系數急劇增大，增大系數相比剛接狀態增加了約35.25 倍。這表明，在偏載作用下，不同濕接縫損傷程度對橫向分布系數的影響顯著。濕接縫的損傷程度越大，橫向分布系數的增大幅度也越大。

3.2.3 中載作用下的橫向分布系數

在中載作用下，對不同濕接縫損傷程度進行模擬分析，得到其橫向分布系數結果如圖6 所示。

圖6 中載作用下的橫向分布系數

由圖6（a）可知，在中載作用下，隨著濕接縫損傷程度的增加，橫向分布系數明顯變化。失效狀態下，1#梁與2#梁之間的橫向分布系數顯著增大，增大系數相比剛接狀態增加約33.33 倍。與剛接狀態相比，鉸接狀態下的橫向分布系數也有所增加，但增幅相對較小，約為10%。由圖6（b）可知，對于2#濕接縫，在中載作用下，與剛接狀態相比，鉸接狀態的橫向分布系數略有增加，增幅約為2.78%。而在失效狀態下，2#梁與3#梁之間的橫向分布系數基本保持穩定，變化幅度很小，約為0.91%。這表明，在中載作用下，不同濕接縫損傷程度對橫向分布系數的影響顯著，濕接縫的損傷程度越大，橫向分布系數的增大幅度也越大。

4 結論

本文依托工程實例，采用Midas Civil 有限元軟件對該箱梁橋進行數值模擬，通過對混凝土箱梁橋濕接縫受損受力特性進行研究，得到以下結論：

（1） 不同濕接縫損傷程度下，偏載和中載條件下的橫向分布系數表現出明顯的變化趨勢。隨著濕接縫損傷程度的增大，橫向分布系數也呈現出相應的增大趨勢。

（2） 連接方式對橋梁的橫向連接性能具有顯著影響。不同連接方式下，濕接縫的工作性能表現出差異，這需要在實際工程中進行合理選擇。

（3） 中載條件下，橋梁的橫向連接性能相對更加穩定。相比之下，偏載條件下的橫向分布系數變化較為明顯，這可能是由于中載條件下受力更加均勻所致。

綜上所述，本研究為濕接縫受損情況下的橋梁維修和加固提供了可靠的參考依據，對于保障橋梁結構的穩定具有重要意義。