基于断裂力学的裂纹对桥梁承载力影响研究.pdf

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基于断裂力学的裂纹对桥梁承载力影响研究 1 2 1 王 杨 ,庞国栋 ,余晓萌 (1.重庆交通大学 土木建筑学院,重庆 400074; 2.北京中咨工程设计研究院有限公司 中国公路工程咨询集团有限公司,北京 100029) 摘要:通过对桥梁裂纹产生机理的分析,依据断裂力学理论,分析了桥梁裂纹的受力。为了具体分析裂纹对梁的受力影 响,通过有限元建立模型,对荷载作用下完整梁与裂纹梁的内力值进行比较,得出随着裂纹长度和深度的增加,含裂纹梁的 裂纹尖端拉应力增加,桥梁的挠度也会增加。 关键词:断裂力学裂纹;有限元分析;裂纹尖端;应力挠度 中图分类号:U441+.4 图分文献标志码:A 在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂纹是 1 引言 最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水 由于混凝土材料的抗拉能力较弱,稍微受拉就 收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因, 会产生裂缝,因此对于混凝土结构而言,其产生裂 另外还有自生收缩和炭化收缩。研究表明,影响混 缝几乎是不可避免的。大量的工程实践表明,几乎 凝土收缩裂纹的主要因素有:水泥品种、标号及用 所有的混凝土构件均是带裂缝工作的,只是有些裂 量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界 缝很细,甚至肉眼看不见(裂缝宽度小于0.05mm), 环境、振捣方式及时间。 一般对结构的使用无影响,可允许其存在;有些裂 4)地基变形引起的裂纹 缝(裂缝宽度大于等于0.05mm)在使用荷载或外界 由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使 物理、化学因素的作用下,不断产生和扩展,进而 结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力, 引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀,致使构 导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有:地 件的强度和刚度受到削弱,耐久性降低,严重时甚 质勘察精度不够、试验资料不准;地基地质差异太 至会发生垮塌事故,必须加以控制。 大;结构荷载差异太大;结构基础类型差别太大; 普通钢筋混凝土结构在一般情况下是允许带裂 桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质 缝工作的,这是其它材料所不遇的特殊问题,但需 时,可能造成不均匀沉降。 要严格控制裂纹的开展,以保证结构的可靠工作, 5)施工工艺质量引起的裂纹 因此有必要对裂纹的成因、产生机理进行研究。 在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、 堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施 2 桥梁裂纹的机理分析 工质量低劣,容易产生纵向的、横向等各种裂纹, 特别是细长薄壁结构更容易出现。 混凝土结构裂纹的成因复杂而繁多,甚至多种 因素相互影响,但每一条裂纹均有其产生的一种或 3 桥梁裂纹的受力分析 几种主要原因。混凝土桥梁裂纹的种类,就其产生 的原因,大致可划分如下几种: 桥梁产生裂纹的原因是复杂的,既有非受力因 1)荷载引起的裂纹 素,又有受力因素。桥梁在服役中受到的力主要有 混凝土桥梁在静、动荷载及次应力下产生的裂 荷载力,梁体本身自重力,另外还有风荷载力等一 纹称荷载裂纹,

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