桥承载能力

桥承载能力（精选四篇）

桥承载能力篇1

方奥桥为四跨简支梁桥, 桥面总宽13.2m, 汽车道宽为8.7m, 两侧人行道宽分别为1.68m, 为装配式钢筋混凝土T梁。设计荷载取为汽-20+人群荷载4kN/m2, 验算荷载为挂-100。该桥整体布置见图1所示。经过多年的运营该桥立交匝道的部分结构出现了一些病害, 为摸清该桥的静动载性能, 基于通用有限元程序软件对该桥进行理论分析, 为该桥的现场检测维修提供理论依据[1]。

2 理论分析计算

2.1 平面杆系有限元模型

活载内力计算采用通用分析软件, 计算模型采用空间梁单元, 模型共划分为80个结点和120个空间梁单元, 有限元模型见图2所示[2]。

2.2 活载计算结果

基于通用有限元程序计算出T梁控制断面的设计内力值汇总如表1所示, 经过比较, 设计内力由2#梁控制, 2#梁在设计荷载作用下的弯矩包络图, 如图2所示。通过计算可知, 在挂车-100验算荷载作用下, 2#梁跨中截面的控制正弯矩为9.74E+05N·m。

3 静载实测结果

3.1 挠度测试结果

试验荷载下各挠度测点的计算挠度值和实测挠度值对比可见, 在试验荷载工况3作用下, 测点的实测弹性挠度值与理论计算值的比值在0.52～0.83之间, 其中跨中3#测点的最大弹性挠度实测值为5.6mm, 而对应的理论计算挠度为9.2mm, 两者的比值为0.61, 能满足规范的要求[3,4]。

3.2 应力

在各级试验荷载工况的作用下, 试验桥跨跨中各应变测点的理论应变值、实测应变值及两者的比较如表2所示。在试验荷载作用下, 各片梁最大实测应变与理论最大应变比值比较离散, 校验系数在0.14～1.39之间。各级试验荷载下的各应变测点的实测及计算应变值分布如图4所示。在试验过程中由于横隔梁、纵梁原有裂缝的发展, 导致部分梁体应变的急剧增大, 与理论计算结果有一定差异。

3.3 残余变形

试验结束前对试验桥跨进行了残余变形观测, 可知跨中截面的3#挠度测点最大挠度值为-6.1mm, 相应的残余挠度值为-0.5mm, 残余挠度与最大挠度的比值为0.08。同时可知跨中截面4#应变测点最大应变值为349με, 相应的残余应变值为38με, 残余应变与最大应变的比值为0.1。残余变形值均能满足的要求。

4 结语

该桥通过静载的理论分析计算以及理论计算结果与实测结果的比较分析可见, 该桥外观检查及无损检测结果表明该桥混凝土强度较低, 纵梁、横梁受力裂缝宽度较大, 伸缩缝严重破损, 混凝土碳化深度过大。为此, 建议凿开伸缩缝对应位置的沥青铺装层, 按照受力要求重新设置伸缩缝。建议采用粘贴钢板的方法纵梁、横梁进行加固, 同时对于梁体裂缝应采用化学灌浆方法进行修补处理。维修后该桥能承受设计荷载, 可以继续使用。

摘要：方奥桥经过多年的运营出现了一些病害, 为摸清该桥的受力行为, 基于通用有限元程序软件进行结构性能分析, 分析结果有助于了解此类桥梁结构的受力性能。

关键词：桥梁工程,结构性能分析,承载能力

参考文献

[1]姚玲森.桥梁工程.北京:人民交通出版社, 1998

[2]郝文化.ANSYS土木工程应用实例.北京:中国水利水电出版社, 2005

[3]交通部科学研究所.大跨径混凝土桥梁试验方法.北京:人民交通出版社, 1982

某旧桥排架墩承载能力评估及利用篇2

该桥跨越古黄河,原设计为人车混行桥,于1938年建成并投入使用。上部结构为简支木梁,下部结构为混凝土排架式柱墩,每个排架有5根立柱,柱子截面为40 cm×40 cm,排架从其顶部到水面以上有2根～3根系梁。历经70年的风雨飘摇,如今仅保留了下部排架墩结构。为有效利用该桥下部结构、节约社会资源、方便周边市民出行,相关部门委托专业机构对该桥下部排架墩结构进行检测,为该桥下部结构承载能力的评估提供依据,并最终确定合理、经济的改造方案。

2 材质及外观检测

2.1 混凝土强度及其碳化深度检测

根据现场情况选择了岸边和河道中的部分排架,采用回弹法测定混凝土强度,同时利用酚酞试液测定各排架墩的混凝土碳化深度。从混凝土回弹强度推定值看,排架混凝土整体强度较好,强度推定值在25 MPa以上。碳化检测发现,排架柱混凝土的碳化深度与其所在的位置不同有较大差异,暴露在空气中的混凝土碳化深度最大值为12 mm,而潮差区距离水面100 cm处的最大碳化深度为4.5 mm,距离水面50 cm处的碳化深度仅0.5 mm。由此可见,潮差区混凝土距离水面越近,碳化深度越小,而暴露在空气中的混凝土碳化程度最为严重。

2.2 混凝土芯样抗压强度检测

为直观、准确的测定排架墩混凝土抗压强度,本次检测采用了钻芯法测定混凝土强度。通过混凝土芯样检测结果,可以推定9号排架的混凝土抗压强度推定值为21.98 MPa,16号排架的混凝土抗压强度推定值为19.6 MPa,14号排架的混凝土抗压强度推定值为29.54 MPa,即排架混凝土强度等级均大于C20。

2.3 排架线形检测

大部分排架轴线在空间上不是一条直线。本次选择了15号墩和16号墩,测试其立柱线形。各柱从其顶缘向下每间隔1 m测量一次立柱的偏位大小(16号墩相对地面,15号墩相对水面上80 cm处)。从排架线形数据看,15号墩和16号墩各立柱墩顶轴线南北向最大偏位在20 cm左右,东西向最大偏位在10 cm左右,各立柱轴线均不是直线,另外,15号墩的1号柱和其他立柱横桥向明显不在一条直线上。

3 排架墩偏位影响分析

该桥原设计为人车混行桥,现利用其下部结构,将其改造成人行桥梁,且桥面宽度缩减为原来的1/2,恒载以及活载效应降低较多;另外,原桥面系在排架墩顶,现桥面系设置在排架墩的第2排系梁上,恒载以及活载的作用点在竖向降低了2 m左右,其偏心弯矩效应明显降低;此外,经过详细调查,桥位地区存在同一时期建造的同类排架墩桥梁,并且仍然在正常运营。同时,材质检测表明,排架墩混凝土状况较好。考虑到这几点,初步估算该桥改造成人行天桥后,其排架墩能正常运营。因此,暂不进行纠偏,而是先通过静载试验来确定排架墩是否能承受上部结构和人群所传递的荷载,若无法通过,再采取相应措施对立柱进行维修加固。

4 静载试验

在试验对象选取时,考虑到15号墩和16号墩偏位最大,且两墩处的现场试验条件较好,所以选取这两个墩作为加载对象。

4.1 试验荷载的确定

根据原设计要求和技术标准,参照已有结构尺寸和检测得出的材料强度、模量,通过设计人群荷载和上部结构自重综合计算分析确定试验荷载约为792.4 kN,当试验荷载加载至最大时,其荷载效率为1.24。

4.2 加载方案

由于试验排架上的型钢及其上的钢管重达7 t,因此本次施加的砂袋总重量为73.5 t,每层10.5 t,共施加7层。本次试验共设9个工况,每施加完一层砂袋为一个工况,并读一次数据;在砂袋施加完毕后2 h,11 h为另外两个工况,再分别读一次数据。

4.3 测点布置

根据试验要求在15号墩上布置了两个沉降观测点、五个应变测点。本次试验桥墩沉降量的测量采用百分表,应变的测量采用振弦式应变仪。

4.4 试验数据

15号墩上各测点应变平均值为32.2 με。

1)各工况下的沉降量,以15号墩上两测点为例,图1为两测点沉降曲线。从图1中可以看出,曲线没有出现明显上弯转折点,说明在设计荷载作用下,桩基并没有达到其极限荷载,桩基处于安全状态。15号排架墩上两测点最终沉降量(持荷11 h)在0.89 mm～0.99 mm之间。

2)排架结构观测结果。通过加载前后的对比观测,两试验排架墩均未出现任何异常现象。

4.5理论计算与分析

本次荷载试验中,16号桥墩沉降观测点靠近施工便道,受施工人员和车辆的多次扰动,数据有异常。15号桥梁数据较为正常,而且15号桥墩自由长度与河水最深处的11号排架相差不到3 m,因此本次试验结果采用15号桥墩沉降量来判断下部结构的工作状况。1)经计算,在加载结束之后,15号排架墩理论应变值约为34.77με,与实测平均压应变32.2με相近。2)各工况下,15号排架墩理论沉降值约为4.0 mm,而实测值在0.89 mm～0.99 mm之间,理论值大于实测值,这与假定的桩基础持力层深度有关,假定的深度为5 m,说明实际埋深大于5 m,另外,基础承载能力也会随着使用年限的增加而有所提高。

4.6试验小结

本次试验选择了偏位最大的15号和16号排架墩作为加载对象,排架结构在试验荷载作用下,沉降量和应变值均与理论计算较为接近,且在合理范围之内。

5排架墩承载能力评估

根据排架墩检测资料和荷载试验结果,可以认为立柱偏位是由施工造成的,而非在外荷载长期作用下出现的;在新桥设计荷载作用下,排架墩承载能力满足要求,排架墩是安全的。

6改造方案

由于立柱纠偏需要投入大量的人力、物力和财力,对周围环境影响很大,并且通过荷载试验结果看出,排架墩完全能够承受该桥改造后上部结构和人群传递的全部荷载,立柱并没有纠偏的必要性,故可以直接在排架墩上新建桥梁。

7结语

在全球经济危机的冲击下,为拉动内需,国家加大了在基础设施建设方面的投入,桥梁的建设也将随之增多。在科学发展观的指引下,合理利用和改造旧桥显得非常重要。本文为新桥设计采用“旧桥利用”方案提供了重要的理论依据,既节约了大量资金的投入,又节约了重建的时间,并减少了对社会的负面影响,取得了一举多得的效果,亦对今后旧桥改造运用荷载试验技术起到了抛砖引玉的作用。

摘要：为有效利用某旧桥排架墩,对其进行了荷载试验,根据试验结果进行了承载能力评估,并最终确定了改造方案,对今后旧桥改造运用荷载试验技术起到了抛砖引玉的作用。

关键词：排架墩,承载能力,评估,荷载试验

参考文献

[1]JTG D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[2]CJJ 69-95,城市人行天桥与人行地道技术规范[S].

[3]黄华通.武汉某桥荷载试验分析[J].山西建筑,2007,33(5):18-19.

[4]何淑娟.旧桥改造荷载试验技术[J].工程技术,2003(7):8-9.

桥承载能力篇3

1 试验分析

1.1 试验概况

试验采用跨中单点加载,两端简支。在试件中心位置用千斤顶加载,下面垫96 mm×96 mm钢片,试验通过力传感器量测千斤顶施加的荷载,如图3所示。构件自重与千斤顶重量相对于荷载很小,忽略其影响,同时在型材各关键点布置应变片以测量应变。

1.2 试验现象

1号(2号)试件:随着荷载的增加,挠度均匀增加,每一级卸载后,变形恢复,残余变形很小,变形有一些滞后。当荷载加到55 kN后,试件出现轻微的“噼啪”声,表明局部纤维发生损伤断裂,但试件仍无明显的损伤,当荷载加到60 kN,观察到加载区域出现较大的局部下挠变形,此时试件加载区域已接近破坏。继续加载到65 kN左右时,出现较大的“噼啪”声,无法增大荷载且局部挠度持续发展,此时试件局部破坏已经形成。2号试件与1号试件除应变、挠度测点布置不同外,其他试验参数均相同,试验现象相似。局部破坏荷载为63 kN。

3号试件:加载开始后,在逐级增加的荷载作用下,试件的变形为线性,每一级卸载后,残余变形较小,在荷载加到55 kN后,3号试件也开始出现轻微的“噼啪”声,在加载到62 kN时,出现较大的“噼啪”声,局部破坏形成,加载区域下挠明显,并沿着加载区边缘形成裂痕,局部形成冲切破坏,此时无法继续加载。为测定型材整体极限破坏荷载用长条形钢片取代原有钢垫片,继续加载。荷载加至68 kN,持续出现较大的“噼啪”声,同时跨中顶板加载区域变形明显,并形成裂痕,加载至73 kN时,加载区域局部破坏再次形成,继续利用千斤顶对试件施加压力,试件跨中顶板严重下陷,横截面变形很大,但底板无明显损伤发生。最终,当荷载加到168 kN左右,随着一声很大的响声,支座处腹板和底板产生了剥离和断裂,试件完全破坏,如图4所示。

综合1号,2号,3号试件的试验过程可确定这种FRP型材在跨中集中荷载作用下的破坏过程为:1)局部纤维断裂(加载区域附近);2)加载区冲切破坏(局部破坏);3)顶板截面厚度变化区变形严重;4)横截面变形严重并伴有局部屈曲;5)支座处大量纤维断裂,表面剥离。

2 ANSYS有限元分析

FRP型材有限元模型利用层单元建立模型,FRP型材有限元模型如图5所示,在此只建立了跨径为2 m的FRP桥面板模型。荷载工况同试验加载工况。

计算结果如下:图6为FRP型材纵向正应力云图。图7为FRP型材竖向(Y方向)挠度云图。

从图6,图7中可以看出,在支座处存在较大的纵、横向拉应力。与前述FRP型材静载试验中支座处的破坏试验现象相吻合。

3 有限元分析结果与试验结果对比

通过有限元模型的计算发现,跨中顶板上表面横向(X方向)正应力在截面变化处出现应力集中,最大压应力达72 MPa。跨中顶板上表面纵向(Z方向)正应力变化趋势与横向应力类似,最大压应力达166 MPa。将挠度及应变计算结果与FRP型材静载试验结果对比,如表1所示。通过对比发现两者比较吻合。FRP型材有限元计算基本能够反映该结构的宏观受力情况。

4 结语

1)新型FRP桥面板型材具有较强的抗弯能力,但在荷载作用下构件变形较大,应防止局部的变形过大产生较大的应力及变形。

2)新型FRP桥面板型材在集中荷载作用下应变、挠度与荷载大小成线性比例关系,可视为线弹性材料,在较大的荷载作用下局部纤维断裂结构发生应力重分布,表现出一定的“伪延性”。

3)荷载作用下构件变形较大,跨中底板竖向挠度(70 kN)为5.2 mm,挠跨比为1/350。应该进一步提高该FRP型材的刚度。

4)适当改进FRP桥面板型材横截面设计,设置加劲肋避免局部屈曲。

摘要：针对一种新型的拉挤成型FRP(纤维增强复合材料)桥面板型材进行了静载极限承载力试验分析,并通过有限元软件(ANSYS)进行了有限元仿真模拟,试验与有限元分析对比验证得出此FRP型材的破坏模式,并为FRP桥面板型材的实际工程设计与工程应用提供依据。

关键词：FRP桥面板,极限承载力,有限元

参考文献

[1]沈观林.复合材料力学[M].北京:清华大学出版社,1996.

[2]冯鹏,叶列平.FRP结构和FRP组合结构在结构工程中的应用与发展[A].第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会论文集[C].北京:清华大学出版社,2002:51-63.

[3]Hollaway L C.The evolution of the way forward for advancedpolymer composites in the civil infrastructure.Teng J G,eds.Proc.the International Conference on FRP Composites in CivilEngineering(CICE 2001).Hong Kong,China:Elsevier Sci-enceLtd,2001:27-40.

[4]冯鹏,叶列平,包睿,等.FRP编织网大跨结构体系:概念、形式及基本受力特点[J].建筑结构学报,2003(5):17-18.

[5]沃丁柱,李顺林,王兴业.复合材料大全[M].北京:化学工业出版社,2000:77-105.

浅谈钢桁架桥与其极限承载力的研究篇4

1.钢桁架桥

钢桁架桥就是以钢桁架形式建造的桥。桁架一般是用钢铁材质焊接成的框架式结构, 由主管、副管、斜管等构件焊接而成, 这种桥可以充分利用材料强度和三角形结构的优势, 且布置灵活, 下面我们就从这类桥的使用环境和特点出发, 对其做以简要的介绍。

1.1 钢桁架桥的使用环境

钢桁架桥以其优点可在许多方面作为首选建设桥型, 下面我们就从以下三个方面来介绍其使用环境。

(1) 可以用在对建设高度有要求的环境中

由于钢桁架桥的结构中, 主桁主要由拉杆和压杆构成, 故其对杆件截面的抗弯刚度要求不高, 桥的建筑高度可由其横梁控制。当桥的宽度适中时, 采用钢桁架桥可极大的降低桥梁的建设高度, 故可以用在对建设高度有要求的环境中。

(2) 可以用在对桥梁施工周期和速度有要求的环境中

由于钢桁架桥的主要结构是钢架, 所以可在工厂进行成品杆件制作, 之后运到现场进行拼装焊接, 这可以很大程度上缩短桥梁的建设周期, 这使它比较适合工程工期较紧的桥型选择。

(3) 可以用在对结构安全性较高的环境中

由于钢桁架桥的主材为钢, 是延性较好的材料, 且其结构安全性高于混凝土。加之钢结构防腐技术的提高, 使钢桁架桥的耐久性也大为提高, 成为结构安全性较高的桥型选择之一。正因为钢桁架桥梁的这几方面的优点, 桁架桥梁成为特定条件下的经济而合理的桥型选择。

1.2 钢桁桥的特点

与非钢结构的桥梁相比, 钢桁架桥具有与钢结构桥相同的优点, 即具有桥梁跨越能力强、承载能力强、耐久性好、施工速度快的优点, 常被作为很多情况下的首选桥型。但是, 由于过去钢材及其成品的养护费用价格较高, 钢桁架桥那时在我国公路领域使用得较少。而随着我国炼钢水平的提高进步, 国产钢材的品质已经可以满足桥梁结构安全的需要, 这使得钢桁架桥越来越多的出现在公路工程领域。

与其他钢结构桥梁相比, 钢桁架桥与连续梁、系杆拱、矮塔斜拉桥等钢结构桥梁进行比较, 它虽然建筑成本略高, 但却具有刚度大、稳定性和抗震性好的优点。

2.钢桁架桥的极限承载力

2.1 极限承载力

极限承载力就是结构完全崩溃时或结构所能承受的最大载荷。极限承载力的大小与许多因素相关, 如:结构的材料特性 (材料的极限强度、应力应变关系等) 、结构和构件的刚度及几何尺寸 (结构的面积、惯矩等) 、结构所处的状态 (施工阶段、运营阶段等) 、结构承受的载荷形式 (恒定载荷、组合载荷等) 等。

2.2 钢桁桥的极限承载力

研究钢桁桥的极限承载力, 我们就以其结构特点结合极限承载力的影响要素来进行分析。通过现有的钢桁架桥经验分析我们不难发现, 钢桁架桥的极限承载力与以下几个因素相关。

(1) 边界条件

不同的边界条件直接影响着桥肋的力学性能。以钢桁拱桥为例, 我们取三种不同的边界条件来研究钢桁架拱桥的极限承载力。边界条件I:两侧拱脚固接;边界条件II:两侧拱脚铰接;边界条件III:拱脚一侧铰接, 另一侧滑动。不同的边界条件导致了桥梁极限承载力的不同, 当采用上承式拱桥时, 采用拱脚固接的边界条件可使桥梁的极限承载力较大;当采用中承式连续拱梁组合体系时, 采用拱脚一侧铰接, 另一侧滑动的形式可使桥梁的极限承载力较大。由此可见边界条件影响着钢桁架桥的极限承载力。

(2) 结构拼装的几何缺陷

钢桁架桥在架设过程中, 多采用拼装的施工方法, 拼接节点较多, 使其容易产生几何误差, 使结构刚度发生变化, 影响桥梁的承载能力和极限承载力。经研究发现相对较小的初始几何缺陷对结构承载力影响较小, 可以忽略不计, 所以在拼装设计桥梁的过程中要将几何缺陷控制到一定范围内, 以减小对极限承载力的影响。

(3) 荷载要素

在实际结构施工过程中还需要考虑均布荷载、温度荷载和横向风荷载等荷载要素对承载力的影响。

①均布荷载。

无论是结构面内还是面外, 非对称荷载相对于对称荷载, 都会使桥梁的极限承载能力降低。

②温度荷载。

温度荷载对极限承载力的作用与对结构施加一定的初应力及初始变形相类似, 都是导致结构的刚度发生变化, 从而对桥梁的极限承载能力产生影响。

③横向风荷载。

横向风荷载易使桥梁面外的梁柱效应特别显著, 进而易发生相互耦合的空间失稳, 造成了结构承载能力的降低。

3.钢桁桥的在设计、施工过程中的注意事项

在对钢桁架桥进行结构设计时, 有许多注意事项, 下面我们就以主桥为下承式钢桁架结构为例, 对桁架桥的主桁和桥面系在设计和施工过程中的注意事项作以简略介绍。