混凝土箱梁桥湿接缝受损受力特性研究

孙雪平

（中国公路工程咨询集团有限公司路桥设计研究院分公司，湖北 武汉）

引言

混凝土箱梁桥作为重要的交通基础设施，其结构稳定性与连接部位的完整性密不可分。其中，湿接缝作为连接混凝土箱梁的关键部位，其连接方式直接影响着桥梁结构的整体性能。然而，目前对于湿接缝受力特性及其受损程度的评估研究尚显不足[1，2]。因此，本研究旨在系统地探讨不同湿接缝连接方式对混凝土箱梁的受力特性产生的影响，并提出相应的损伤评估方法。

1 湿接缝与混凝土箱梁连接方式

湿接缝是混凝土箱梁桥结构中的重要连接部位，其连接方式直接影响着整个桥梁的结构稳定性与承载能力。在实际工程中，常见的湿接缝连接方式包括刚接、铰接和失效状态[3]，如图1（a）、图1（b）、图1（c）所示。

图1 湿接缝与混凝土箱梁连接方式

1.1 刚接

湿接缝的两侧混凝土梁通过一定的形式固定在一起，形成相对刚性的连接，能够有效地传递荷载，提高了桥梁的整体承载能力。然而，刚接方式也存在一定的局限性，例如在部分情况下可能会导致桥梁结构的应力集中，从而影响了其受力性能。

1.2 铰接

在铰接方式下，湿接缝的两侧混凝土梁通过某种方式实现了相对灵活的连接，湿接缝能够在一定范围内发生位移，有利于吸收荷载引起的变形，减缓了应力的集中。相比于刚接方式，铰接方式在某些情况下能够提升桥梁的抗震性能，但也需要在设计与施工中合理设置铰接装置，以保证其正常工作。

1.3 失效状态

在失效状态下，湿接缝已经发生了严重的破坏，无法再承担正常的连接作用，湿接缝所在的位置往往会出现严重的变形，甚至可能导致整个桥梁结构的崩溃。因此，在工程实践中，失效状态往往被视作一种不可接受的连接方式，需要及时采取修复或加固措施。

2 湿接缝损伤评估方法

湿接缝作为混凝土箱梁桥结构的关键连接部位，其受损程度的准确评估对于保证桥梁结构的可靠性至关重要。本文采用有限元分析法对湿接缝的损伤进行评估。

首先，通过实地检查和结构评估，确定湿接缝的具体损伤类型，如开裂、脱落等。根据损伤类型和程度，采用定量和定性相结合的方法，对湿接缝的损伤程度进行评估[4]。借助有限元分析软件，建立混凝土箱梁桥的模型，包括湿接缝的连接方式和结构参数，通过模拟不同湿接缝损伤程度下的受力情况，获取相关数据。根据有限元模拟结果，计算不同湿接缝损伤程度下的横向分布系数。同时，根据横向分布系数的变化趋势，评估湿接缝损伤对桥梁结构的影响程度。有限元分析法具有较高的灵活性，能够模拟各种复杂情况下的受力情况，为湿接缝的损伤评估提供了重要的工具。然而，该方法也需要合理设置模型的参数与边界条件，以保证模拟结果的准确性。

3 工程实例分析

以某高速公路混凝土箱梁桥为研究对象。该箱梁桥全长约318 m，共计5 跨，跨长为250 m，跨径分别为：30 m+60 m+70 m+60 m+30 m，桥宽9.6 m，箱梁顶宽为2.8 m，底宽为1.4 m，高度为1.6 m。桥梁所在位置地质条件复杂，存在地基沉降风险，桥墩采用深基础+浅基础结合形式，桥面采用高强度、高耐磨的沥青混凝土铺装，与箱梁通过湿接缝连接，结构型式如图2 所示。

图2 桥型结构图

3.1 有限元模型构建

本文用Midas Civil 软件进行有限元分析，对该箱梁桥进行模拟。模型的构建主要包括箱梁本体、湿接缝以及相邻的混凝土梁，其中箱梁和湿接缝采用弹性模型进行建模，将混凝土箱梁和湿接缝进行网格划分，对支座进行合理的约束设置，模拟实际工程中的支座条件，考虑混凝土的材料特性和几何形状，以保证模拟结果的准确性，根据实际工程情况设置偏载和中载的加载方式，模拟实际荷载条件[5，6]，如图3 所示。

图3 模型结构图

模型构建的具体参数设置见表1、表2。

表1 混凝土材料参数

湿接缝宽度为0.1 m，长度为1 m，距箱梁端部10 m。将湿接缝连接处的横向位移和纵向位移固定，模拟湿接缝的连接情况。湿接缝连接处的平面转动约束范围为[-0.5，0.5]，竖向转动约束范围为[-0.2，0.2]。

3.2 损伤模拟分析

3.2.1 不同湿接缝损伤程度下的横向分布系数

针对不同湿接缝损伤程度进行横向分布系数的研究，考虑了偏载和重载两种工况的影响。对1#、2#湿接缝分别进行损伤模拟分析，应变和位移横向分布系数结果如图4 所示。

由图4 可知，随着湿接缝损伤程度的增大，偏载和中载下的横向分布系数也呈现出相应的增大趋势。在同一湿接缝损伤程度下，不同工况下的横向分布系数有所差异，这表明湿接缝连接方式对桥梁的横向连接性能有显著影响。中载条件下的横向分布系数相对偏载条件下更为稳定，主要由于中载条件下受力更加均匀。在偏载工况下，随着湿接缝损伤程度的增大，1#梁与2#梁之间的横向分布系数呈现出明显的变化。具体来说，从刚接状态到铰接状态，横向分布系数略微增大；然而，当湿接缝出现失效时，横向分布系数显著增大，增大系数约为1.87，这表明湿接缝的失效会显著影响桥梁的横向连接状况。在中载工况下，1#湿接缝的横向分布系数也显示出明显的变化。从刚接状态到铰接状态，横向分布系数略有变化，但当湿接缝失效时，横向分布系数急剧增大，增大系数约为1.47。这表明湿接缝的失效也会在中载工况下产生显著影响。

3.2.2 偏载作用下的横向分布系数

在偏载作用下，对不同湿接缝损伤程度进行模拟分析，得到其横向分布系数结果如图5 所示。

图5 偏载作用下的横向分布系数

由图5（a）可知，在偏载作用下，随着湿接缝损伤程度的增加，横向分布系数明显变化。失效状态下，1# 梁与2#梁之间的横向分布系数明显增大，增大系数相比刚接状态增加了约34.53%。与刚接状态相比，铰接状态下的横向分布系数也有所增加，但增幅相对较小，约为5.71%。由图5（b）可知，对于2# 湿接缝，在偏载作用下，与刚接状态相比，铰接状态的横向分布系数显著增加，增幅约为26.67%，而在失效状态下，2# 梁与3#梁之间的横向分布系数急剧增大，增大系数相比刚接状态增加了约35.25 倍。这表明，在偏载作用下，不同湿接缝损伤程度对横向分布系数的影响显著。湿接缝的损伤程度越大，横向分布系数的增大幅度也越大。

3.2.3 中载作用下的横向分布系数

在中载作用下，对不同湿接缝损伤程度进行模拟分析，得到其横向分布系数结果如图6 所示。

图6 中载作用下的横向分布系数

由图6（a）可知，在中载作用下，随着湿接缝损伤程度的增加，横向分布系数明显变化。失效状态下，1#梁与2#梁之间的横向分布系数显著增大，增大系数相比刚接状态增加约33.33 倍。与刚接状态相比，铰接状态下的横向分布系数也有所增加，但增幅相对较小，约为10%。由图6（b）可知，对于2#湿接缝，在中载作用下，与刚接状态相比，铰接状态的横向分布系数略有增加，增幅约为2.78%。而在失效状态下，2#梁与3#梁之间的横向分布系数基本保持稳定，变化幅度很小，约为0.91%。这表明，在中载作用下，不同湿接缝损伤程度对横向分布系数的影响显著，湿接缝的损伤程度越大，横向分布系数的增大幅度也越大。

4 结论

本文依托工程实例，采用Midas Civil 有限元软件对该箱梁桥进行数值模拟，通过对混凝土箱梁桥湿接缝受损受力特性进行研究，得到以下结论：

（1） 不同湿接缝损伤程度下，偏载和中载条件下的横向分布系数表现出明显的变化趋势。随着湿接缝损伤程度的增大，横向分布系数也呈现出相应的增大趋势。

（2） 连接方式对桥梁的横向连接性能具有显著影响。不同连接方式下，湿接缝的工作性能表现出差异，这需要在实际工程中进行合理选择。

（3） 中载条件下，桥梁的横向连接性能相对更加稳定。相比之下，偏载条件下的横向分布系数变化较为明显，这可能是由于中载条件下受力更加均匀所致。

综上所述，本研究为湿接缝受损情况下的桥梁维修和加固提供了可靠的参考依据，对于保障桥梁结构的稳定具有重要意义。