加固厚度对圬工拱桥内套拱加固结构受力影响分析.docx

加固厚度对圬工拱桥内套拱加固结构受力影响分析摘要：为研究内套拱加固拱桥的力学性能运用ANSYS有限元程序建立了加固计算仿真模型在考虑二次受力的前提下分析比较了不同内衬拱厚度加固时控制断面的极限承载力并对加固设计中应注意的问题提出了相关建议。关键词：圬工拱桥内套拱；加固；力学性能；有限元Abstract:ForstudyingthemechanicalcharacteristicsofinnerarchstrengtheningmasonryarchbridgeandbybuildingsimulatingmodelswiththehelpofANSYSFEAprogramthispaperanalyzedandcomparedtheultimatebearingcapacitiesofcontrolsectionswhenadoptingdifferentinnerarchthicknessandprovidedsomeadvisesonkeysofstrengtheningdesign.Keywords：masonryarchbridge；innerarch；strengthening；mechanicalcharacteristics；FEM中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）1.引言拱桥作为中国传统优势桥型在我国的交通建设与发展历史上发挥着极其重要的作用。随着服役期限的增加不少圬工拱桥受到材料风化、超重车辆和自然灾害的破坏与影响逐步变成了旧桥、病桥甚至危桥已不能满足交通量日益增长的需要亟待加固改造。圬工拱桥上部结构常用的加固方法一般有增大拱肋截面、调整拱轴线、改变结构体系、体外预应力、粘贴钢板（碳纤维）加固技术等[1～2]。内套拱圈加固属于增大截面加固方法以其对原有结构的损伤小、加固施工速度快、加固效果好等优点得到了广泛的使用。内套拱法加固在作用原理上属于二次叠合受力的范畴由新旧拱圈形成的组合结构受力可以分为两个明确的受力阶段第一阶段受力为新浇混凝土与拱圈所形成的组合结构在新旧拱圈自重产生的应力；第二阶段为加固层混凝土达到设计强度以后组合结构整体工作在车辆荷载、加固后二期恒载和其他活载作用下承受应力[3]。二次受力结构和一次受力结构计算有较大差异本文通过ANSYS有限元软件分析了考虑二次受力条件下内套拱法不同加固厚度下结构的力学性能对加固设计提出了相关思考和建议。2.实桥简介及加固目的本文以某公路中桥做为计算分析对象其基本情况为：跨径为30米的空腹式等截面悬链线圬工拱桥其桥梁全长为47.5米矢高6米矢跨比1/5主拱采用20号混凝土预制块砌体拱厚0.75米。桥面净宽为：净4.5米（行车道）+2×0.75米（人行道）。重力式桥台。设计荷载为汽车－15级于1995年建成。由于该桥经常有重型车从桥上通行导致桥跨结构出现不同程度的损伤。上部结构主要病害为：主拱圈跨中、四分点产生裂缝其它位置未发现纵、横向裂缝。根据目前交通组成结合荷载试验及初步计算的结果采用增大截面法对主拱圈进行加固即在主拱圈下衬钢筋混凝土层以改善主拱圈的受力使其荷载等级提高到公路-Ⅱ级。3.设计参数及有限元模型3.1设计参数内套拱圈采用C40混凝土钢筋采用HRB335。本构关系和材料性能采用规范值[4～5]。3.2有限元模型在模型中采用的单元类型为模拟混凝土材料的SOLID65。对拱桥建立模型时采用映射网格划分法模型单元划分如图1所示[6]。在实际计算中由于主拱在不计拱上建筑的联合作用的时候是偏于安全的因此以裸拱为计算对象建模。图1拱圈有限元模型边界条件在结构分析中极为重要它的形式将影响整个结构的受力状态对于分析结果的正确性起到关键性作用。该拱桥为无铰拱桥故取两端拱脚截面为固定约束。3.3加载方案荷载分为自重与二期恒载两种形式二期恒载以面荷载的形式施加在拱桥主拱的表面上。为了求解精确荷载总效应应略大于其极限承载力经过多次试算二期恒载定为300KPa布载面积为30m×6m。依据载荷变化方式可以将整个载荷时间历程划分成多个载荷步即LoadStep每个载荷步代表载荷发生一次突变或者一次渐变阶段。在载荷步时间段内载荷增量可以进一步分成多个子步每个子步内的载荷增量仅仅是当前载荷步内载荷增量的一部分在子步载荷增量的条件下程序需要进行迭代计算最终求解系统在当前子步时的平衡状态。