基于铰缝损伤的铰接板理论修正

摘要：本文基于传统的铰接板理论，考虑铰缝损伤，构建了铰接力的正则方程，丰富了装配式空心板桥的计算理论和计算方法。

关键词：铰接板，理论修正，铰缝损伤

中图分类号：U463文献标识码： A

一、前言

装配式铰接板桥主要用现浇的纵向企口缝进行连接来保证各块板协同受力，板块间横向具有一定的连接构造，但连接刚性又很薄弱，这类结构的受力状态实际接近于数根并列而相互铰接的狭长板，一般采用铰接板法来计算荷载的横向分布[1]。传统的铰接板法基于铰缝只传递竖向剪力的基本假定，适用于所有铰缝完好、竖向剪力可以有效传递的情况，但没有考虑空心板间某一铰缝损伤、竖向剪力无法完全传递的情况。本文将基于铰缝损伤对铰接板理论进行修正。

二、考虑铰缝损伤后的铰接力正则方程

当板间铰缝发生损伤时，假设1号板至5号板间4个铰缝传递剪力分别为原来的、、、，。ni=1时表示铰缝完好，竖向剪力得到有效传递，ni越大表示铰缝损伤程度越深，传递的竖向剪力越少。铰接板计算图示如图1所示。

图1铰缝损伤时铰接板计算图示

分配到各板的竖向荷载峰值为：

（1）

式中：――荷载作用在1号板时号板的竖向荷载峰值。

利用两相邻板在铰缝处竖向相对位移为零的变形协调条件，对于图1所示的基本体系，可列出正则方程如下：

（2）

式中：――铰缝k内作用的正弦铰接力在铰缝处引起的竖向相对位移；

――外荷载p在铰缝处引起的竖向位移。

任意板在左边铰缝内作用单位正弦铰接力的情况如图2所示。对于横向近乎刚性的板块，偏心单位正弦铰接力依照力的平移定律可以由一个正弦分布的扭矩和一个中心作用的竖向荷载来代替，图2中给出了作用在跨中段上的相应峰值及。

图2 铰接板典型受力图示

中心荷载在板跨中产生的挠度为，扭矩引起的跨中扭角为，故板跨左侧产生的总挠度为，右侧为。参照图1所示的基本体系，就可以确定由和表示的和:

（3）

式（3）中，当和方向一致时取正号，即铰接力使板产生与外荷载作用方向相同时的取正，反之取负。

将式（3）中各系数代入式（2），刚度参数，经过变换可得到铰缝损伤时的正则方程：

（4）

由式（1）和式（4）可知，当趋于无穷大时，=0，系数趋于零而无解，即没有荷载分配到5号板；趋于无穷大时，=0、=0，和系数趋于零而无解，即没有荷载分配到4、5号板；趋于无穷大时，=0、=0、=0，、和无解，即没有荷载分配到3~5号板；同理，趋于无穷大时，荷载将由1号板独自承担。

三、结语

作为空间内力计算的一种实用近似方法，荷载横向分布计算是公路桥梁设计计算的一个重要组成部分。对于完好的装配式空心板桥，一般采用铰接板法来计算荷载横向分布系数。然而受桥梁耐久性、重载交通等因素的影响，大多数在役空心板桥存在不同程度的铰缝病害，甚至出现单板受力情况，板间竖向剪力无法有效传递。考虑铰缝损伤对结构的影响，更加精确的计算结构受力，对于在役空心板桥的承载力评估、加固维修方案设计等均有重要意义。

参考文献

[1] 李国豪, 石洞. 公路桥梁荷载横向分布计算（第二版）[M]．北京: 人民交通出版社, 1994.