車橋振動對農(nóng)村橋梁病害分析

1、車橋振動對農(nóng)村橋梁病害分析 摘要：農(nóng)村公路橋梁的類型以板式梁橋?yàn)橹鳎叶鄶?shù)都是實(shí)心板截面。這類型橋梁的常見病害主要有主梁開裂、基礎(chǔ)沖刷以及橋面破損。針對這些問題可以采用VBCVA進(jìn)行車輛橋梁藕合振動分析，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：車橋振動；農(nóng)村橋梁；病害近幾年來我國對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)村公路橋梁由于車輛荷載小受到的關(guān)注相對較小。1 常見的農(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)施工藝相對比較簡單因此被廣泛應(yīng)用。根據(jù)觀察分析得出，農(nóng)村公路橋梁建設(shè)常見的主要病害有：橋梁主梁產(chǎn)生縱橫向開裂，承載墩柱出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，承載墩柱沖刷，橋梁橋臺產(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)生縱向開裂主要是在行車道軌道，橋梁局部受到強(qiáng)力形成的；承載墩柱傾斜，承載墩柱沖刷，橋臺損毀都因?yàn)闃蛄洪L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型，小箱型截面簡支梁橋的實(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，小箱型截面簡支梁橋不但有著類似板式梁橋主梁開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)人員沒有及時(shí)對地面伸縮縫失效進(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?，橫隔板斷裂之后還會使主梁各部分受力更加不均勻，長時(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)定期對橋梁做檢查和維護(hù)。1.3 對雙曲拱橋進(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 對車輛橋梁耦合振動進(jìn)行研究分析橋梁規(guī)劃人員設(shè)計(jì)橋梁需要分析車輛對橋梁產(chǎn)生的動力效應(yīng)，因此把車輛荷載重力和沖擊系數(shù)的乘積來表示動力效應(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)。通過大量的研究分析表明，橋梁結(jié)構(gòu)中相對容易發(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橋梁使用年限產(chǎn)生的影響，我們可以采用自編程序VBCVA對車輛橋梁

5、藕合振動進(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?；诖?，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)動力有限元模型，經(jīng)過計(jì)算頻率等于7. 360Hz，數(shù)值和理論值基本一致且誤差相對較小，同時(shí)驗(yàn)證了橋梁結(jié)構(gòu)動力有限元模型的準(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）通過計(jì)算公式分析，2大于1，由此可見新規(guī)范制度比舊規(guī)范制度的沖擊系數(shù)高。第二，分析車輛的基本信息。通過實(shí)驗(yàn)分析得出，雙軸和三軸重車對橋梁的損壞比小型車輛要大。文章通過對35噸的三軸載重車來分析對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞程度。第三，橋面不平等度的等級分析。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。文章通過橋面不平等度的等級來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)三軸載重車以相同的速度經(jīng)過簡支梁橋時(shí)，車輛行駛速度為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)測量數(shù)據(jù)顯示橋梁的跨長為8米，載重車輛前軸和后軸的距離為6米，所以車輛在橋梁行駛的距離為14米。如圖所示，橫坐標(biāo)設(shè)置為車輛前軸，縱坐標(biāo)設(shè)置為跨中截面動繞度，車輛行駛速度為v等于30km /h，橋面不平等度最大幅值為h等于2cm。圖3 動撓度示意圖=30km·h-1, h=2cm)根據(jù)公式表明，當(dāng)車輛的行駛速度，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、會發(fā)生變化。將橫坐標(biāo)設(shè)置為車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，車輛的行駛速度發(fā)生變化時(shí)沖擊系數(shù)也隨著波動改變，而橋面的不平整度變化時(shí)沖擊系數(shù)變化趨勢保持一致。所以，橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞時(shí)僅僅對車輛限速是不夠的。由圖5示意圖我們知道，當(dāng)不平整度最大幅值增大時(shí)，車輛行駛度和沖擊系數(shù)隨著增大，并且呈線性變化，車輛不同的行駛速度橋面的切線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)際狀況對沖擊系數(shù)產(chǎn)生的影響相對較大。 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，橋梁長時(shí)間受到超重荷載可能會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)受到損壞，橋面狀況糟等，當(dāng)載重車經(jīng)過破壞的橋面時(shí)又會加重橋面的損壞，長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的速度在50km/h以下，車輛行駛速度對沖擊系數(shù)產(chǎn)生的影響不是特別大，所以說不能僅采用限速的方法來養(yǎng)護(hù)橋梁。第三，橋面的損壞程度對沖擊系數(shù)有一定的影響，橋面狀況越糟沖擊系數(shù)就越大，而過重荷載對橋梁結(jié)構(gòu)薄弱的部位造成的影響較大，當(dāng)載重車輛行駛于脆弱的橋梁時(shí)會加重橋梁的損壞。第四，農(nóng)村公路橋梁多為實(shí)心板截面梁橋，橋梁病害相對特殊，因此如果不能及時(shí)對損壞的橋面進(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