多跨钢筋混凝土连续梁损伤前后力学变化探究

高宇航，郝达靖，李国廷，林 淼

（吉林建筑大学交通科学与工程学院，吉林 长春 130118）

0 引言

钢筋混凝土梁局部出现的损伤会引起整个连续梁的内力发生变化，严重影响桥梁的承载能力和使用安全。目前国内学者关于桥梁损伤识别进行了深入研究，总结出相关的桥梁检测方法，主要分为静态检测[1-3]和动态检测[4-7]。

本文通过有限元分析软件Midas 建立损伤程度不同的多跨连续梁模型，分析计算了混凝土连续梁损伤后的内力变化规律。

1 模型建立

模型属性选定混凝土材料的泊松比为0.2，容重为 25 kN/m3，混凝土弹性模量 3.45×107kPa，钢筋弹性模量2.0×108kPa 。为研究边跨跨中损伤前后力学变化规律探究，对3 种不同跨数的连续梁进行研究，如图1 所示。采用Midas 建模如图2 所示。

图1 各跨跨径分布图（m）

图2 各跨数Midas 模型图

每种钢筋混凝土连续梁均在边跨跨中位置施加500 kN 的集中力，为模拟结构不同程度的损伤，同时设定结构损伤处宽度分别为0 m，2 m，4 m，8 m，具体信息如图3 所示。

图3 不同损伤宽度示意图

2 内力变化讨论

2.1 不同损伤宽度下边跨跨中内力变化讨论

1）三跨钢筋混凝土连续梁内力变化曲线如图4～图 6 所示。

图4 各损伤宽度下剪力变化图

图5 各损伤宽度下弯矩变化图

图6 各损伤宽度下挠度变化图

①根据图4 分析得到，在不损伤情况下边跨跨中至第2 号支座之间剪力最大。其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下剪力值依次为289.74 kN，290.41 kN，291.52 kN，293.69 kN；剪力值增长率分别为0.2%,0.6%,1.4%。整理上述数据得到：剪力值随着损伤宽度的上升而上升。

②根据图5 分析得到，在不损伤情况下边跨跨中正弯矩最大，第2 号支座负弯矩最大。其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下正弯矩值依次为2 968.3 kN·m，2 918.1 kN·m，2 874.16 kN·m，2 804.48 kN·m；负弯矩值依次为-1 339.09 kN·m，-1 441.44 kN·m，-1 531.04 kN·m，-1 673.13 kN·m ；正弯矩值依次减少1.7%，3.2%，5.5%，负弯矩值依次增加7.6%，14.3%，24.9%。整理上述数据得到：正弯矩值随着损伤宽度的上升而下降，负弯矩值随着损伤宽度的上升而上升。

③根据图6 分析得到，其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下挠度值依次为1.21 mm,1.32 mm,1.42 mm，1.57 mm；挠度值依次增加9.2%,17.5%,29.7%。整理上述数据得到：挠度值随着损伤宽度的上升而上升。

2）四跨钢筋混凝土连续梁内力变化曲线如图7～图 9 所示。

①根据图7 分析得到，在不损伤情况下边跨跨中至第2 号支座之间剪力最大。其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下剪力值依次为 203.8 kN，205.92 kN，207.94 kN，211.68 kN ；剪力值增长率依次为1.0%，2.0%，3.9%。整理上述数据得到：剪力值随着损伤宽度的上升而上升。

图7 各损伤宽度下剪力变化图

图8 各损伤宽度下弯矩变化图

图9 各损伤宽度下挠度变化图

②根据图8 分析得到，在不损伤情况下边跨跨中正弯矩最大，第2 号支座负弯矩最大。其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下正弯矩值依次为2 859.82 kN·m，2 837.56 kN·m，2 816.26 kN·m，2 777.0 kN·m；负弯矩值依次为-1 099.50 kN·m，-1 162.22 kN·m，-1 222.25 kN·m，-1 332.70 kN·m；正弯矩值变化率依次减少0.7%，1.5%，2.9%，负弯矩值依次增加5.7%，11.2%，21.2%。整理上述数据得到：正弯矩值随着损伤宽度的上升而下降，负弯矩值随着损伤宽度的上升而上升。

③根据图9 分析得到，其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下挠度值依次为1.18 mm,1.25 mm,1.32 mm,1.46 mm；挠度值依次增加5.6%，11.2%，23%。整理上述数据得到：挠度随着损伤宽度的上升而上升。

3）五跨钢筋混凝土连续梁内力变化曲线如图10～图 12 所示。

图10 各损伤宽度下剪力变化图

图11 各损伤宽度下弯矩变化图

图12 各损伤宽度下挠度变化图

①根据图10 分析得到，在不损伤情况下边跨跨中至第2 号支座之间剪力最大。其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下剪力值依次为 273.16 kN，276.09 kN，278.88 kN，283.37 kN。剪力值增长率依次为1.1%，2.1%，3.7%。整理上述数据得到：剪力值及变化率随着损伤宽度的上升而上升。

②根据图11 分析得到，在不损伤情况下边跨跨中正弯矩最大，第2 号支座负弯矩最大。其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下正弯矩值依次为 3 061.34 kN·m，3 021.78 kN·m，2 984.01 kN·m，2 923.38 kN·m ；负弯矩值依次为-1 180.71 kN·m，-1 267.43 kN·m，-1 350.21 kN·m，-1 483.10 kN·m；正弯矩值依次减少1.3%，2.5%，4.5%，负弯矩值依次增加7.3%，14.4%，25.6%。整理上述数据得到：正弯矩值随着损伤宽度的上升而下降，负弯矩值随着损伤宽度的上升而上升。

③根据图12 分析得到，其损伤宽度为0 m，2 m，4 m，8 m 的情况下挠度值依次为1.21 mm,1.33 mm,1.43 mm,1.58 mm；挠度值依次增加9.2%，17.6%，30.1%。整理上述数据得到：挠度随着损伤宽度的变大而变大。

综上分析不同跨钢筋混凝土连续梁边跨跨中内力参数数值变化规律，其中挠度增长最为明显，分别为29.7%，23%，30.1%。

3 结论

1）通过Midas 软件建立模型，分别分析了边梁中跨位置在不同损伤宽度情况下的3 个重要参数剪力、弯矩、挠度的变化规律。

2）当集中荷载作用于边跨跨中时，通过比较不同损伤宽度情况下3 个重要参数剪力、弯矩、挠度的变化规律，得到当边跨跨中损伤宽度上升时，剪力随之上升、正弯矩值下降、负弯矩值上升、挠度值上升。

3）通过对比分析边跨跨中在不同宽度损伤情况下3 个重要参数剪力、弯矩、挠度的变化规律，通过数据对比得到挠度变化率最大，得以确定为挠度值为损伤识别参数。