車(chē)橋振動(dòng)對(duì)農(nóng)村橋梁病害分析

1、車(chē)橋振動(dòng)對(duì)農(nóng)村橋梁病害分析 摘要：農(nóng)村公路橋梁的類(lèi)型以板式梁橋?yàn)橹?，且多?shù)都是實(shí)心板截面。這類(lèi)型橋梁的常見(jiàn)病害主要有主梁開(kāi)裂、基礎(chǔ)沖刷以及橋面破損。針對(duì)這些問(wèn)題可以采用VBCVA進(jìn)行車(chē)輛橋梁藕合振動(dòng)分析，結(jié)果表明，橋面不平整度是造成農(nóng)村橋梁病害的主要原因。 關(guān)鍵詞：車(chē)橋振動(dòng)；農(nóng)村橋梁；病害近幾年來(lái)我國(guó)對(duì)于公路橋梁的安全性和使用質(zhì)量引起了很大的重視，因此頒布了公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范以及公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)章制度，作為公路橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)效果的衡量標(biāo)準(zhǔn)。而農(nóng)村公路橋梁由于車(chē)輛荷載小受到的關(guān)注相對(duì)較小。1 常見(jiàn)的農(nóng)村公路橋梁建設(shè)病害1.1 板式梁橋通常情況下我們將空心板界面裝配式橋梁稱(chēng)為板式梁橋。農(nóng)村

2、公路橋梁跨徑一般情況下小于10m，實(shí)心板的整體澆筑式梁橋由于實(shí)施工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單因此被廣泛應(yīng)用。根據(jù)觀察分析得出，農(nóng)村公路橋梁建設(shè)常見(jiàn)的主要病害有：橋梁主梁產(chǎn)生縱橫向開(kāi)裂，承載墩柱出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，承載墩柱沖刷，橋梁橋臺(tái)產(chǎn)生損毀現(xiàn)象，橋梁欄桿缺失和橋梁面產(chǎn)生破損。橋梁主梁產(chǎn)生橫向開(kāi)裂主要是因?yàn)榭缰薪孛鎻澗剌^大，且橋梁截面下緣受到拉伸。橋梁主梁產(chǎn)生縱向開(kāi)裂主要是在行車(chē)道軌道，橋梁局部受到強(qiáng)力形成的；承載墩柱傾斜，承載墩柱沖刷，橋臺(tái)損毀都因?yàn)闃蛄洪L(zhǎng)時(shí)間受到?jīng)_刷導(dǎo)致的；而橋梁欄桿缺失和橋梁面破損都因?yàn)橐馔饨煌ㄊ鹿?，突發(fā)事件以及受強(qiáng)力作用導(dǎo)致的。1.2 完成T型及小箱型截面結(jié)構(gòu)分析在農(nóng)村公路橋梁建設(shè)中，因

3、為T(mén)型，小箱型截面簡(jiǎn)支梁橋的實(shí)施工藝十分復(fù)雜所以應(yīng)用較少，但是在縣道，省道以及國(guó)道等被應(yīng)用廣泛。根據(jù)觀察分析得出，T型，小箱型截面簡(jiǎn)支梁橋不但有著類(lèi)似板式梁橋主梁開(kāi)裂以及橋梁面破損等建設(shè)病害，而且還有橋梁支架脫空，地面伸縮縫失效和橋梁橫隔板斷裂等病害。如果養(yǎng)護(hù)人員沒(méi)有及時(shí)對(duì)地面伸縮縫失效進(jìn)行處理，那么地面就有可能產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重還可能導(dǎo)致地面無(wú)法自由伸縮。橋梁橫隔板斷裂的形成主要是因?yàn)闃蛄菏芰Σ痪鶆颍瑱M隔板斷裂之后還會(huì)使主梁各部分受力更加不均勻，長(zhǎng)時(shí)間不處理容易導(dǎo)致惡性循環(huán)，所以為了提高橋梁的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和使用年限應(yīng)當(dāng)定期對(duì)橋梁做檢查和維護(hù)。1.3 對(duì)雙曲拱橋進(jìn)行分析新型拱橋雙曲拱橋主要的建設(shè)病

4、害有：雙曲拱拱頂裂縫，拱腳裂縫，拱腹拱頂裂縫和拱波縱向裂縫。 雙曲拱橋產(chǎn)生裂縫的位置主要是嚴(yán)重拉伸的部位，拱橋受力部位以及特點(diǎn)和裂縫位置有著很大的關(guān)聯(lián)，因此為了提高橋梁維修養(yǎng)護(hù)就必須熟練掌握拱橋的受力部位以及特點(diǎn)。2 對(duì)車(chē)輛橋梁耦合振動(dòng)進(jìn)行研究分析橋梁規(guī)劃人員設(shè)計(jì)橋梁需要分析車(chē)輛對(duì)橋梁產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)，因此把車(chē)輛荷載重力和沖擊系數(shù)的乘積來(lái)表示動(dòng)力效應(yīng)。為了確保規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范通常將基頻的函數(shù)或者橋梁跨徑作為沖擊系數(shù)。通過(guò)大量的研究分析表明，橋梁結(jié)構(gòu)中相對(duì)容易發(fā)生損壞的部位為橋梁面，與實(shí)驗(yàn)觀察分析的結(jié)果是相同的。因此，為了研究橋梁面損壞對(duì)橋梁使用年限產(chǎn)生的影響，我們可以采用自編程序VBCVA對(duì)車(chē)輛橋梁

5、藕合振動(dòng)進(jìn)行研究和分析。第一，分析橋梁的基本信息。在農(nóng)村公路橋梁建設(shè)中大多是采用板式梁橋，并且以實(shí)心板截面為主。基于此，文章為了研究農(nóng)村公路橋梁采用跨徑L等于8米的實(shí)心板梁橋分析，橋梁寬度b等于5米，實(shí)心板厚度h等于0.3米，梁橋混凝土使用的是C30，重度p等于2500kg/m³，混凝土彈性模量E等于3. 00 乘以104 MPa。 1=7.363Hz （1）采用ANSYS構(gòu)建橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力有限元模型，經(jīng)過(guò)計(jì)算頻率等于7. 360Hz，數(shù)值和理論值基本一致且誤差相對(duì)較小，同時(shí)驗(yàn)證了橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力有限元模型的準(zhǔn)確性。根據(jù)頒布的新舊公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范制度，分別計(jì)算新舊制度的設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)，設(shè)

6、置為1，2。 1=×0.30=0.2775 （2） 2=0.1767ln 1-0.0157=0.3371 （3）通過(guò)計(jì)算公式分析，2大于1，由此可見(jiàn)新規(guī)范制度比舊規(guī)范制度的沖擊系數(shù)高。第二，分析車(chē)輛的基本信息。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出，雙軸和三軸重車(chē)對(duì)橋梁的損壞比小型車(chē)輛要大。文章通過(guò)對(duì)35噸的三軸載重車(chē)來(lái)分析對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞程度。第三，橋面不平等度的等級(jí)分析。根據(jù)調(diào)查研究顯示，絕大多數(shù)農(nóng)村公路橋梁顯著缺陷主要是橋面損壞大且坑槽多。文章通過(guò)橋面不平等度的等級(jí)來(lái)分析最大幅值和不平等系數(shù)的關(guān)系。圖1不平整度示意圖(不平整系數(shù)=2.5 x 10-6)圖2不平整度最大幅值與不平整度系數(shù)之間的關(guān)系第四

7、，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)三軸載重車(chē)以相同的速度經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)支梁橋時(shí)，車(chē)輛行駛速度為10 ，20，30，40，SOkm/h，根據(jù)圖中信息我們知道不平等度最大幅值h為2，4，6，8，lOcm。 =-1 （4）公式（4）中，表示沖擊系數(shù)。 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示橋梁的跨長(zhǎng)為8米，載重車(chē)輛前軸和后軸的距離為6米，所以車(chē)輛在橋梁行駛的距離為14米。如圖所示，橫坐標(biāo)設(shè)置為車(chē)輛前軸，縱坐標(biāo)設(shè)置為跨中截面動(dòng)繞度，車(chē)輛行駛速度為v等于30km /h，橋面不平等度最大幅值為h等于2cm。圖3 動(dòng)撓度示意圖=30km·h-1, h=2cm)根據(jù)公式表明，當(dāng)車(chē)輛的行駛速度，橋面的不平等度有所變化時(shí)，橋梁跨中截面撓度沖擊系數(shù)也

8、會(huì)發(fā)生變化。將橫坐標(biāo)設(shè)置為車(chē)輛行駛速度和橋面不平整度，如下圖所示。圖4沖擊系數(shù)與行駛速度之間的關(guān)系圖5沖擊系數(shù)與不平整度最大幅值之間的關(guān)系由圖4示意圖我們知道，車(chē)輛的行駛速度發(fā)生變化時(shí)沖擊系數(shù)也隨著波動(dòng)改變，而橋面的不平整度變化時(shí)沖擊系數(shù)變化趨勢(shì)保持一致。所以，橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞時(shí)僅僅對(duì)車(chē)輛限速是不夠的。由圖5示意圖我們知道，當(dāng)不平整度最大幅值增大時(shí)，車(chē)輛行駛度和沖擊系數(shù)隨著增大，并且呈線(xiàn)性變化，車(chē)輛不同的行駛速度橋面的切線(xiàn)斜率是不完全相同的，但是斜率基本相似。所以我們得出橋梁橋面的實(shí)際狀況對(duì)沖擊系數(shù)產(chǎn)生的影響相對(duì)較大。 除此之外，如果不平整度最大幅值大于4厘米，那么沖擊系數(shù)就會(huì)大于0. 337

9、1。在農(nóng)村公路橋梁中，橋面損壞，坑槽多，沙土堆積的現(xiàn)象較多，而且橋梁橋面沒(méi)有得到良好的養(yǎng)護(hù)。絕大多數(shù)橋梁的設(shè)計(jì)荷載比實(shí)際荷載要小，橋梁長(zhǎng)時(shí)間受到超重荷載可能會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)受到損壞，橋面狀況糟等，當(dāng)載重車(chē)經(jīng)過(guò)破壞的橋面時(shí)又會(huì)加重橋面的損壞，長(zhǎng)久以往容易較快橋梁的損壞，縮短橋梁的使用年限。3 總結(jié)第一，在農(nóng)村公路橋梁建設(shè)中實(shí)心板截面梁橋被廣泛應(yīng)用，因此得出農(nóng)村橋梁存在的主要病害為主梁裂縫，橋梁基礎(chǔ)沖刷和橋面損壞。第二，一般情況下，農(nóng)村公路橋梁的載重車(chē)的速度在50km/h以下，車(chē)輛行駛速度對(duì)沖擊系數(shù)產(chǎn)生的影響不是特別大，所以說(shuō)不能僅采用限速的方法來(lái)養(yǎng)護(hù)橋梁。第三，橋面的損壞程度對(duì)沖擊系數(shù)有一定的影響，橋面狀況越糟沖擊系數(shù)就越大，而過(guò)重荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)薄弱的部位造成的影響較大，當(dāng)載重車(chē)輛行駛于脆弱的橋梁時(shí)會(huì)加重橋梁的損壞。第四，農(nóng)村公路橋梁多為實(shí)心板截面梁橋，橋梁病害相對(duì)特殊，因此如果不能及時(shí)對(duì)損壞的橋面進(jìn)行清理維修，當(dāng)橋梁承重大于設(shè)計(jì)承重時(shí)，就有可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)受到破壞，影響橋梁的使用壽命。4