橋梁上部結(jié)構(gòu)牛腿區(qū)域加固方案研究

橋梁上部結(jié)構(gòu)牛腿區(qū)域加固方案研究

1牛視頻是上下級橋梁中一個薄弱部位,引起內(nèi)部矛盾的在橋梁結(jié)構(gòu)中，通常采用傾斜結(jié)構(gòu)。傾斜梁位于兩個相鄰的橋墩之間。通過懸掛梁兩端的牛腿結(jié)構(gòu)和橋墩兩側(cè)突出的懸臂，形成完整的橋梁結(jié)構(gòu)。牛腿作為橋梁上部結(jié)構(gòu)中一個重要組成部分,傳遞來自掛梁的荷載。力通過支座集中傳遞,然后又要擴散,因此,這個區(qū)域受力特別復(fù)雜。由于梁端相互搭接,中間還有設(shè)置傳力支座來傳遞較大的豎向力,因此牛腿的高度被削弱至不到懸臂梁高和掛梁高的一半,而且截面凹折轉(zhuǎn)角比較多,卻要傳遞較大的豎向力。這就使其成為上部結(jié)構(gòu)中的薄弱部位。因此,需要我們對該處進行局部應(yīng)力分析,從而了解它的受力狀況。2建立實體模型單元從全橋結(jié)構(gòu)中取出牛腿部分的整體結(jié)構(gòu),截取了靠近牛腿的橋體局部來進行計算分析,利用MIDAS/FEmodeler建立實體模型單元,實體單元之間進行剛性連接,支反力荷載的施加轉(zhuǎn)化為面荷載加在支座相應(yīng)位置單元的面上,形成面荷載。實體模型采用三維實體單元進行網(wǎng)格劃分,總共劃分了14048個單元(見圖1)。3不同荷載工況下活荷載支護反力在牛腿的五個支座上作用集中荷載來進行分析,考慮到活荷載的不利布置,可以分為汽車對稱布載、汽車偏心布載、掛梁荷載恒載三個荷載工況,三個荷載工況具體的支座反力見表1。4實體單元的固端約束實體模型建立完成,并將有限元網(wǎng)格劃分以后,將牛腿邊緣的實體單元節(jié)點施加多個方向的固端約束,以邊界點的約束來代替邊界面的約束。把掛梁荷載轉(zhuǎn)化為面荷載施加在相應(yīng)的位置上(如圖2所示)。5原橋棚區(qū)的肥力分析1最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力在三個荷載工況作用下,牛腿與箱梁連接處均產(chǎn)生拉應(yīng)力。該區(qū)域是拉應(yīng)力較集中的區(qū)域。為了更好的分析牛腿與箱梁連接處的應(yīng)力,取出牛腿整體結(jié)構(gòu)的背墻部分,切軸YZ面,取出剖面。荷載工況1(滿載)的作用下,最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在最邊緣距頂板1m左右處,其值為3.93MPa。較大拉應(yīng)力范圍在牛腿邊緣靠近中軸線附近,拉應(yīng)力的豎向?qū)挾葹?0cm～15cm,橫向?qū)挾?0cm～35cm,最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在底板邊緣,其值為1.60MPa。荷載工況2(偏載)的作用下,較大拉應(yīng)力出現(xiàn)的范圍與工況1基本相同,最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力相對減少,其值分別為3.86MPa和1.599MPa。由于是偏載作用,箱梁左室的應(yīng)力值大于箱梁右室。荷載工況3作用下,出現(xiàn)拉應(yīng)力的范圍與前兩個荷載工況相似,最大拉應(yīng)力值相對減少為1.79MPa。2最大主壓應(yīng)力表現(xiàn)在腹板的頂位荷載工況1(滿載)的作用下,腹板正面區(qū)域較大拉應(yīng)力范圍也出現(xiàn)在靠近中軸線附近的牛腿邊緣,豎向?qū)挾葹?5cm～30cm,橫向?qū)挾葹?5cm～50cm,最大主拉應(yīng)力值為7.01MPa,最大主壓應(yīng)力出現(xiàn)在腹板的頂端,其值為1.2MPa～2.1MPa。荷載工況2(偏載)的作用下,應(yīng)力出現(xiàn)的范圍與工況1的情形基本相似,應(yīng)力值比工況1稍小,最大拉應(yīng)力為7.01MPa。最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在腹板的頂端位置。根據(jù)以上計算結(jié)果可知,牛腿的主拉應(yīng)力方向是沿著凹角方向向兩邊延伸,在凹角處應(yīng)力比較集中,拉應(yīng)力值大約在1.31MPa～5.2MPa。由國內(nèi)外對牛腿的試驗資料分析和有限元模型計算得知,在牛腿凹角處應(yīng)力比較集中,牛腿結(jié)構(gòu)在其凹角處往往由于拉應(yīng)力的集中,而混凝土的抗拉性能很差,因此導(dǎo)致混凝土開裂破壞。6?？臻g局部加固由于牛腿腹板處經(jīng)常出現(xiàn)斜裂縫,為了減緩裂縫的擴展,對牛腿區(qū)域進行了局部加固處理。牛腿區(qū)域局部加固采用加厚背墻和張拉精軋螺紋鋼方式,加固方式如圖3所示。精軋螺紋鋼采用單側(cè)張拉,張拉控制應(yīng)力為625MPa,單根張拉力為307kN。在實體模型中用集中力模擬(如圖4所示)。7加固后的應(yīng)力通過國內(nèi)同類型的橋總結(jié)和下橫瀝大橋?qū)崢驒z測可知,腹板背部區(qū)域是斜裂縫易產(chǎn)生的區(qū)域。表2為該區(qū)域加固前后的應(yīng)力狀況對比表。通過理論計算結(jié)果可知,經(jīng)過牛腿區(qū)域加固處理以后,在腹板背面區(qū)域的拉應(yīng)力有明顯的減少,減緩了該區(qū)域斜裂縫的擴張。8牛視頻拉應(yīng)力較集中加固前后混凝土力牛腿區(qū)域局部采用加厚背墻和張拉精軋螺紋鋼加固方案后,該區(qū)域的應(yīng)力狀況得到改善。牛腿凹角處由于截面變化出現(xiàn)尖角而引起應(yīng)力突變,造成應(yīng)力比較集中。加固后主拉應(yīng)力明顯下降,大大減少了牛腿凹角處應(yīng)力集中區(qū)域混凝土開裂的可能。支座處的應(yīng)力水平較高,最大縱向壓應(yīng)力值為4.5MPa,不會破壞該區(qū)域的混凝土。通過對幾個拉應(yīng)力較大和較集中的