基于影响线的混凝土桥梁疲劳寿命预测分析

徐方圆

摘  要：文章基于影響线分析提出了多轴车辆作用下的混凝土桥梁疲劳损伤当量分析及疲劳寿命预测方法。以一座预应力混凝土连续箱梁桥为例，基于动态称重系统制定当量车荷载模型，分析不同程度车辆荷载作用下桥梁疲劳损伤发展规律，结果显示车辆荷载与疲劳损伤之间存在着非线性指数发展规律，采用疲劳损伤当量分析预测得到的疲劳寿命与传统当量车方法一致。

关键词：车辆荷载;影响线;疲劳损伤;当量分析;寿命预测

中图分类号：U441         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）11-0064-02

Abstract： Based on the analysis of influence lines， a method for fatigue damage equivalent analysis and fatigue life prediction of concrete bridges under the action of multi-axle vehicles is proposed in this paper. Taking a prestressed concrete continuous box girder bridge as an example， the equivalent vehicle load model is established based on the dynamic weighing system， and the fatigue damage development law of the bridge under different vehicle loads is analyzed. The results show that there is a nonlinear exponential development law between vehicle load and fatigue damage， and the fatigue life predicted by fatigue damage equivalent analysis is consistent with the traditional equivalent vehicle method.

Keywords： vehicle load; influence line; fatigue damage; equivalent analysis; life prediction

1 概述

随着国民经济的发展，公路桥梁交通量增大同时重载车辆也日趋增多，导致混凝土桥梁出现不同程度的损伤[1]。童乐为等[2]在现场调查基础上利用等效疲劳损伤原理，得到公路及城市的疲劳车辆模型。韩万水等[3]通过健康监测系统发现超限工况主要为单辆特重车过桥工况。刘国军[4]提出的疲劳累积损伤模型，车辆荷载增长，疲劳累积损伤值非线性增长。Sasaki、Sousa等[5，6]通过混凝土箱梁疲劳试验发现腹板的疲劳性能对结构使用寿命有重要的影响。本文基于影响线方法开展多轴车作用下的混凝土桥梁疲劳损伤当量分析，并建立基于当量损伤的混凝土桥梁疲劳寿命预测方法，分析随着车辆荷载的增加对混凝土桥梁疲劳寿命的影响。

2 基于影响线的疲劳响应分析

在传统影响线基础上，本文将多轴车辆荷载看作是由多个单轴集中荷载以一定的轴距形式组成，利用各轴重影响线之间的关系，以影响线镜像叠加方式简化多轴车辆过桥的响应分析。3 混凝土桥梁疲劳损伤寿命预测

3.1 混凝土桥梁疲劳损伤当量分析4 工程实例

本文以国道104绍兴钟家湾主线桥为依托，分析在繁忙的车辆荷载作用下其疲劳损伤发展特点。该桥为一联（22+38+22）m现浇预应力混凝土连续箱梁桥，桥面宽度9.5m，跨径及截面布置形式如图2所示。

重载作用下的混凝土疲劳损伤当量分析：

本文首先建立了钟家湾箱梁的ANSYS实体模型，采用图1方法对钟家湾箱梁桥进行疲劳损伤分析。基于式（2）的指数函数对混凝土箱梁桥关键节点的疲劳损伤随车辆总重的发展规律进行拟合。理论疲劳损伤值结果如图3所示，两种方法得到的疲劳损伤累积是基本一致的，验证了本文混凝土桥梁的疲劳损伤当量分析方法。

5 结论

本文针对重载作用的混凝土桥梁疲劳损伤问题，开展了疲劳损伤当量寿命预测分析研究，主要结论如下：

（1）提出了基于影响线的多轴车辆荷载效应的简化分析方法，并能较为直观地体现荷载响应与各轴轴重、轴距的关系。

（2）分析三跨预应力混凝土连续箱梁在不同轴重车辆作用下的疲劳损伤发展规律，显示随车辆荷载的增长疲劳损伤呈两参数的指数函数式增长。

（3）提出了车辆荷载作用下混凝土桥梁疲劳损伤当量分析方法，将其运用至实际桥梁疲劳损伤预测中，其预测结果与传统当量车方法一致。

参考文献：

[1]刘斐.近期桥梁安全事故深度调查与分析[D].长沙：中南大学，2014.

[2]童乐为，沈祖炎，陈忠延.城市道路桥梁的疲劳荷载谱[J].土木工程学报，1997，30（5）：20-27.

[3]韩万水，王涛，李永庆.基于模型修正梁格法的车桥耦合振动分析系统[J].中国公路学报，2011，24（5）：47-55.

[4]刘国军.基于变形的混凝土梁桥损伤机理研究[D].成都：西南交通大学，2012.

[5]Sasaki， K.K.; Paret， T，; Araiza， J.C.; Hals， P.. Failure of Concrete T-beam and Box-Girder Highway Bridges subjected to Cyclic Loading from Traffic[J]. Engineering Structures， 2010，32（7）：1838-1845.

[6]Sousa， C.; Rocha， J.F.; Calcada， R.; Neves， A.S. Fatigue Analysis of Box-Girder Webs subjected to In-plane Shear and Transverse Bending induced by Railway Traffic[J]. Engineering Structures， 2013，54（9）：248-261.