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在內(nèi)蒙古地區(qū)，裝配式空心板橋是非常常見的橋型，而鉸縫結(jié)構(gòu)是空心板橋的關(guān)鍵部位，空心板橋的橋面板是通過鉸縫進行連接的。正常使用下橋梁的承載能力是由其設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)確定的，而近年來大噸位運輸?shù)陌l(fā)展，使得實際行駛的車輛中，一些重車、大型車輛的載重往往超過橋梁承載能力。而橋梁的損壞，一般是從相對薄弱的鉸縫處或橫向聯(lián)結(jié)處的破壞開始的，一旦鉸縫發(fā)生損傷或破壞，空心板橋的受力狀態(tài)就會發(fā)生變化，會對空心板橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。
在傳統(tǒng)的設(shè)計中，簡支梁鉸縫的抗剪強度驗算一般是以掛車荷載為控制設(shè)計，并根據(jù)《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（ＪＴＪ０２２－８５）中第３.０.７條的規(guī)定進行。這樣的驗算只是針對某一具體截面而言，一般是最不利的截面，且沒有考慮鉸縫的綜合應(yīng)力情況。筆者利用ABAQUS軟件建立常見的空心板簡支梁橋?qū)嶓w有限元模型，并通過有限元分析軟件提取空心板橋鉸縫結(jié)構(gòu)獨立進行力學(xué)分析，從而詳細(xì)分析了鉸縫結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)力情況，找出鉸縫發(fā)生破壞的主要力學(xué)影響因素，為鉸縫設(shè)計提供優(yōu)化方法，并為已破壞鉸縫加固提供理論支撐。
為了便于對比，對按實際設(shè)計取梁高、梁寬相同的情況下（梁高７５ｃｍ、梁高１３５ｃｍ）建立跨徑８ｍ、１３ｍ、１６ｍ的三維簡支梁橋模型。
橋梁在實際建設(shè)的時候，有的采用正交的形式，有的采用斜交的形式。斜交時，不同的橋梁斜交的角度也不同，為了方便比較不同跨徑橋梁鉸縫的應(yīng)力分布，在相同約束條件及其車載作用下的，建模均采用正交的形式，在建模時縱橋向荷載采用前后車輪對稱作用在跨中，橫向荷載一側(cè)車載作用在邊板，另一側(cè)車載作用在鉸縫上。
根據(jù)單板受力的現(xiàn)象的調(diào)研結(jié)果，高速公路中小跨度橋梁鉸縫的破壞集中在某一兩種跨徑的橋梁中。因此選取具有代表意義的三根主梁配兩條鉸縫進行有限元分析。約束條件采用一端固定不動，一端鉸接的形式。單元劃分方法采用自由網(wǎng)格劃分技術(shù)（Ｆｒｅｅ），線性完全積分（Ｌｉｎｅａｒ ｆｕｌｌ－ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）的三維實體單元Ｃ３Ｄ４。鋼筋的彈性模量取Ｅ０＝２００ＧＰａ，泊松比υ＝０．３，密度ρ＝７８００ｋｇ／ｍ３；鉸縫內(nèi)Ｃ３０混凝土彈性模量ＥＣ＝３０.０ＧＰａ，泊松比υ＝０.１６７，密度ρ＝２４００ｋｇ／ｍ３。
在相同約束條件下，按１∶１比例建立空心板橋?qū)嶓w有限元模型。
通過查找三種跨徑空心板橋鉸縫應(yīng)力云圖，盡管跨徑大小不同，縱向應(yīng)力極大值都出現(xiàn)在鉸縫結(jié)構(gòu)跨中截面底部。鉸縫縱向正應(yīng)力隨著空心板橋跨徑增大而逐漸減小，達到５０％，下降幅度明顯，分析認(rèn)為跨徑較大的空心板橋縱向正應(yīng)力更多地被橋面板承擔(dān)，跨徑較小的空心板橋鉸縫分擔(dān)的縱向正應(yīng)力越多，因此跨徑越小，越應(yīng)該注重鉸縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工。而橫向正應(yīng)力、橫向剪應(yīng)力、縱向剪應(yīng)力相差不大，但是跨徑越小的空心板橋發(fā)生鉸縫損壞的概率越高，因為跨徑越小，板與鉸縫之間的接觸面積越小，鉸縫受剪面積越小，故剪切作用效應(yīng)更為明顯。
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