车桥振动对农村桥梁病害分析_桥梁常见病害分析

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车桥振动对农村桥梁病害分析

摘要：农村公路桥梁的类型以板式梁桥为主，且多数都是实心板截面。这类型桥梁的常见病害主要有主梁开裂、基础冲刷以及桥面破损。针对这些问题可以采用VBCVA进行车辆桥梁藕合振动分析，结果表明，桥面不平整度是造成农村桥梁病害的主要原因。

关键词：车桥振动；农村桥梁；病害

近几年来我国对于公路桥梁的安全性和使用质量引起了很大的重视，因此颁布了《公路桥涵养护规范》以及《公路桥梁技术状况评定标准》等规章制度，作为公路桥梁结构建设效果的衡量标准。而农村公路桥梁由于车辆荷载小受到的关注相对较小。常见的农村公路桥梁建设病害 1.1 板式梁桥

通常情况下我们将空心板界面装配式桥梁称为板式梁桥。农村公路桥梁跨径一般情况下小于10m，实心板的整体浇筑式梁桥由于实施工艺相对比较简单因此被广泛应用。

根据观察分析得出，农村公路桥梁建设常见的主要病害有：桥梁主梁产生纵横向开裂，承载墩柱出现倾斜现象，承载墩柱冲刷，桥梁桥台产生损毁现象，桥梁栏杆缺失和桥梁面产生破损。

桥梁主梁产生横向开裂主要是因为跨中截面弯矩较大，且桥梁截面下缘受到拉伸。桥梁主梁产生纵向开裂主要是在行车道轨道，桥梁局部受到强力形成的；承载墩柱倾斜，承载墩柱冲刷，桥台损毁都因为桥梁长时间受到冲刷导致的；而桥梁栏杆缺失和桥梁面破损都因为意外交通事故，突发事件以及受强力作用导致的。1.2 完成T型及小箱型截面结构分析

在农村公路桥梁建设中，因为T型，小箱型截面简支梁桥的实施工艺十分复杂所以应用较少，但是在县道，省道以及国道等被应用广泛。根据观察分析得出，T型，小箱型截面简支梁桥不但有着类似板式梁桥主梁开裂以及桥梁面破损等建设病害，而且还有桥梁支架脱空，地面伸缩缝失效和桥梁横隔板断裂等病害。

如果养护人员没有及时对地面伸缩缝失效进行处理，那么地面就有可能产生堵塞现象，严重还可能导致地面无法自由伸缩。桥梁横隔板断裂的形成主要是因为桥梁受力不均匀，横隔板断裂之后还会使主梁各部分受力更加不均匀，长时间不处理容易导致恶性循环，所以为了提高桥梁的养护质量和使用年限应当定期对桥梁做检查和维护。1.3 对双曲拱桥进行分析

新型拱桥双曲拱桥主要的建设病害有：双曲拱拱顶裂缝，拱脚裂缝，拱腹拱顶裂缝和拱波纵向裂缝。

双曲拱桥产生裂缝的位置主要是严重拉伸的部位，拱桥受力部位以及特点和裂缝位置有着很大的关联，因此为了提高桥梁维修养护就必须熟练掌握拱桥的受力部位以及特点。2 对车辆桥梁耦合振动进行研究分析

桥梁规划人员设计桥梁需要分析车辆对桥梁产生的动力效应，因此把车辆荷载重力和冲击系数的乘积来表示动力效应。为了确保规划设计规范通常将基频的函数或者桥梁跨径作为冲击系数。通过大量的研究分析表明，桥梁结构中相对容易发生损坏的部位为桥梁面，与实验观察分析的结果是相同的。因此，为了研究桥梁面损坏对桥梁使用年限产生的影响，我们可以采用自编程序VBCVA对车辆桥梁藕合振动进行研究和分析。

第一，分析桥梁的基本信息。在农村公路桥梁建设中大多是采用板式梁桥，并且以实心板截面为主。基于此，文章为了研究农村公路桥梁采用跨径L等于8米的实心板梁桥分析，桥梁宽度b等于5米，实心板厚度h等于0.3米，梁桥混凝土使用的是C30，重度p等于2500kg/m³，混凝土弹性模量E等于3.00 乘以104 MPa。

ƒ1====7.363Hz（1）

采用ANSYS构建桥梁结构动力有限元模型，经过计算频率等于7.360Hz，数值和理论值基本一致且误差相对较小，同时验证了桥梁结构动力有限元模型的准确性。

根据颁布的新旧《公路桥涵设计通用规范》制度，分别计算新旧制度的设计冲击系数，设置为μ1，μ2。

μ1=×0.30=0.2775

（2）

μ2=0.1767ln ƒ1-0.0157=0.3371

（3）

通过计算公式分析，μ

大于μ1，由此可见新规范制度比旧规范制度的冲击系数高。

第二，分析车辆的基本信息。通过实验分析得出，双轴和三轴重车对桥梁的损坏比小型车辆要大。文章通过对35吨的三轴载重车来分析对桥梁结构的破坏程度。

第三，桥面不平等度的等级分析。根据调查研究显示，绝大多数农村公路桥梁显著缺陷主要是桥面损坏大且坑槽多。文章通过桥面不平等度的等级来分析最大幅值和不平等系数的关系。

图1不平整度示意图(不平整系数α=2.5 x 10-6)

图2不平整度最大幅值与不平整度系数之间的关系

第四，分析实验结果。当三轴载重车以相同的速度经过简支梁桥时，车辆行驶速度为10，20，30，40，SOkm/h，根据图中信息我们知道不平等度最大幅值h为2，4，6，8，lOcm。

μ=-1

（4）

公式（4）中，μ表示冲击系数。

根据测量数据显示桥梁的跨长为8米，载重车辆前轴和后轴的距离为6米，所以车辆在桥梁行驶的距离为14米。如图所示，横坐标设置为车辆前轴，纵坐标设置为跨中截面动绕度，车辆行驶速度为v等于30km /h，桥面不平等度最大幅值为h等于2cm。

图3 动挠度示意图υ=30km·h-1, h=2cm)根据公式表明，当车辆的行驶速度，桥面的不平等度有所变化时，桥梁跨中截面挠度冲击系数也会发生变化。将横坐标设置为车辆行驶速度和桥面不平整度，如下图所示。

图4冲击系数与行驶速度之间的关系

图5冲击系数与不平整度最大幅值之间的关系 由图4示意图我们知道，车辆的行驶速度发生变化时冲击系数也随着波动改变，而桥面的不平整度变化时冲击系数变化趋势保持一致。所以，桥梁结构发生损坏时仅仅对车辆限速是不够的。

由图5示意图我们知道，当不平整度最大幅值增大时，车辆行驶度和冲击系数随着增大，并且呈线性变化，车辆不同的行驶速度桥面的切线斜率是不完全相同的，但是斜率基本相似。所以我们得出桥梁桥面的实际状况对冲击系数产生的影响相对较大。

除此之外，如果不平整度最大幅值大于4厘米，那么冲击系数就会大于0.3371。在农村公路桥梁中，桥面损坏，坑槽多，沙土堆积的现象较多，而且桥梁桥面没有得到良好的养护。绝大多数桥梁的设计荷载比实际荷载要小，桥梁长时间受到超重荷载可能会导致桥梁结构受到损坏，桥面状况糟等，当载重车经过破坏的桥面时又会加重桥面的损坏，长久以往容易较快桥梁的损坏，缩短桥梁的使用年限。3 总结

第一，在农村公路桥梁建设中实心板截面梁桥被广泛应用，因此得出农村桥梁存在的主要病害为主梁裂缝，桥梁基础冲刷和桥面损坏。

第二，一般情况下，农村公路桥梁的载重车的速度在50km/h以下，车辆行驶速度对冲击系数产生的影响不是特别大，所以说不能仅采用限速的方法来养护桥梁。

第三，桥面的损坏程度对冲击系数有一定的影响，桥面状况越糟冲击系数就越大，而过重荷载对桥梁结构薄弱的部位造成的影响较大，当载重车辆行驶于脆弱的桥梁时会加重桥梁的损坏。

第四，农村公路桥梁多为实心板截面梁桥，桥梁病害相对特殊，因此如果不能及时对损坏的桥面进行清理维修，当桥梁承重大于设计承重时，就有可能导致桥梁结构受到破坏，影响桥梁的使用寿命。4 结语 经过实验分析表明，道路养护和维修部门应当加大对农村公路桥梁维护的重视，及时清理桥梁面的沙土和填补桥面上的坑槽，减少桥面损坏。并且相关部门应当引起重视不能仅采用车辆限速的方法来维护桥梁结构。参考文献：

[1] 王灿，朱新实.双曲拱桥病害原因分析及处治对策的研究[J].公路，2002(11):74一76.