基于Midas的桥梁加固模拟分析

第２９卷第９期　企业技术开发　２０１０年５月　Ｖｏ１．２９　Ｎ０．９　ＩＥＣＨＮ０ＬＯＧＩＣＡＬ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　ＯＦ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ　Ｑ　基于Ｍｉｄａｓ的桥梁加固模拟分析　蒋涛’，曹峰铭　（１．湖南省交通建设质量监督衡阳分站，湖南衡阳４２１００１；２．湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙４１０００８）　摘要：近年来，随着交通量的持续增长，越来越多的早期桥梁出现了提早破损、开裂、表层混凝土剥落等现象，桥梁　的提早破损不仅影响了桥梁的美观，也造成了重大的经济损失。如何修复这些桥梁已成为当今桥梁设计的重要课　题。文章根据我国最新颁布的《公路桥梁加固设计规范》（ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２２—２００８），结合桥粱分析设计软件Ｍｉｄａｓ，对旧桥进　行建模加固设计，有着一定的现实意义。　关键词：桥梁加固；Ｍｉｄａｓ；模拟分析　中图分类号：ＴＵ３１１．４ｌ　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—８９３７（２０１０）０９—００１５—０４　Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｄａｓ　ＪＩＡＮＧ　Ｔａｏ　，ＣＡＯ　Ｆｅｎｇ—ｍｉｎｇ　（１．Ｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ　４２１００１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｈｕｎａｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｉｏｎ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４１０００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｖｏｌｕｍｅ，ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｅａｒｌｙ　ｙｅａｒｓ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ，ｃｒａｃｋ　ａｎｄ　ｓｐａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｖｅｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｂｉｅｄｇｅｓ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｔｈｅｉｒ　ｂｅａｕｔｙ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｃａｕｓｅｓ　ｈｅａｖｙ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｌｏｓｓｅｓ．Ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｒｅｐａｉｒ　ｔｈｅｓｅ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｕｂｊｅｃｔ　ｏｆ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｓｉｇｎ　ｎｏｗａｄａｙｓ．　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　Ｃｈｉｎａ　ｓ　ｎｅｗｌｙ　ｉｓｓｕｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｄｅ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ（ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２２—２００８），ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｍｉｄａｓ——　ｂｒｉｄｇｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｄｕｃｔｓ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｏｌｄ　ｂｒｉｄｇｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；Ｍｉｄａｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　近年来，越来越多的旧桥出现了提早损坏，局部严重　琐，使得按照给定的公式手工计算效率低下且容易出错。　破损甚至部分受力钢筋露出。桥梁的提早破损情况较轻　因此，需要借助计算机进行辅助设计。　者，仅影响桥梁美观，严重的，会降低结构承载力，提高支　座沉降量，破坏结构整体延性、安全性，进而可能造成重　２　Ｍｉｄａｓ建模分析　大的经济损失，甚至于危害人民群众的生命安全。旧桥的　２．１　Ｍｉｄａｓ软件介绍　破损问题已经是一个日益突出、亟待解决的问题。　Ｍｉｄａｓ软件共有ＭＩＤＡＳ／Ｇｅｎ、ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ、Ｍｉｄａｓ／ＦＥＡ、　对于目前众多的旧桥、危桥，其主体结构并无严重的　Ｍｉｄａｓ／ＳＤＳ、Ｍｉｄａｓ／ＦＸ等５个子模块，其中ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ是　破坏，如重新建设，费用巨大，且造成重大的浪费。因此，对　针对土木结构，特别是分析预应力箱型桥梁、悬索桥、斜　破损桥梁进行维修加固有着重大的经济意义和社会意义。　拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分　１加固方法简介　析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力　弹塑性分析。为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和　根据我国最新颁布的桥梁加固规范《公路桥梁加固　设计，以填补目前土木结构分析、设计软件市场的空白，　设计规范））（ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２２—２００８），现行的桥梁加固方法主　而开发了“土木结构专用的结构分析与优化设计软件”。　要有：增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合　２．２桥梁加固资料和参数选择　材料加固法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法　考虑到模拟分析的真实性，本文选择衡阳常宁市松　等。　瓦公路茭河口桥加固工程作为模拟对象。该桥建成于　此外，针对各种桥梁结构，各有其相应的处理方法，　１９８４年，位于湖南省常宁市松柏至瓦园公路线上，为四　如表１所示。　跨混凝土双曲拱桥，设计每孔净跨４５　ｍ，矢跨比为１／６，　以上规范介绍的方法均包含设计原理和设计计算方　桥面净宽７＋２￣０．７５　ｍ。破损情况为主拱圈混凝土破损、　法。然而，规范方法的设计计算内容多、步骤多、公式繁　剥落。截面承载受到削弱，如图１、图２所示。　收稿Ｅｔ期：２０１０—０１—２９　作者简介：蒋涛（１９７６一），男，湖南衡阳人，大学本科，工程师，主要　从事交通建设质量监督和试验检测工作。　第２９卷第９期　蒋涛，等：基于Ｍｉｄａｓ的桥梁加固模拟分析　１７　根据以上确定的方法，建立Ｍｉｄａｓ桥梁加固计算模　２．５建立施工阶段，提交计算　、　型。截面输入采用ｃａｄ绘制新旧截面，并采用Ｍｉｄａｓ／ｓｐｃ　在桥梁加固设计阶段，桥梁早已成型，故施工阶段只　将ｃａｄ截面转化为Ｍｉｄａｓ模型所需的截面，如图４、图５　需增加截面施工阶段。此时边界条件不变，荷载为自重和　所示。　公路一Ⅱ级。将以上内容输入软件并提交计算，即可得出　分析结果。　由于计算结果表格过多，故选取计算结果的表头作　为代表，如表２所示。　２．６　Ｍｉｄａｓ计算结果　Ｍｉｄａｓ对该桥梁进行加固工程设计，计算出大量的数　据表格，其中包括每个桥梁单元的内力（集中力形式）、应　力、位移，并画出桥梁受荷载作用后的弯矩、剪力、轴力影　响线。此外，还对于桥梁内部普通钢筋、预应力钢筋的进　行了承载能力极限状态验算，并验算检验整桥的正常使　用极限状态（挠度验算和裂缝验算）。　现筛选出计算结果中起控制作用的数据，总结如下：　①加固后增大截面的新混凝土，受压区最大压应力　为１９．１　ＭＰａ；受拉区拉应力峰值仅为１２１　ｋＰａ；纵筋验算，　符合承载能力极限状态要求。整个桥梁最大裂缝宽度满　足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》　（ＪＴＧＤ６２—２００４）中对正常使用极限状态的要求。　②加固后新旧混凝土接触界面上，最大正应力１２．５　ＭＰａ，远小于加固混凝土强度，略大于旧混凝土Ｃ２０的强　度设计值而小于标准值，考虑到旧混凝土被新混凝土围　绕浇筑，其强度应按照三向受力考虑而有相应的提升，故　可以满足要求；最大剪应力０．７２ＭＰａ，满足新旧混凝土抗　剪强度要求。　③由于凿去表层碎裂严重的混凝土，故实际新增的　混凝土厚度不到５　ｃｍ。经过Ｍｉｄａｓ计算，传至桥墩的荷载　平均增加了１．２％，与原桥设计资料中桥墩的承载力比较，　图５新桥截面输入Ｍｉｄａｓ／ｃｉｖｉｌ　下部结构承载力和沉积变形影响可以忽略。　利用结构建模助手建立拱形结构模型，选用跨径　４５　ｍ，矢高７．５　ｍ，４跨简支结构。如图６所示。　３加固效果评价　将Ｍｉｄａｓ建模计算结果与规范推荐计算方法的结果　进行对比，可以得出以下结论：　①计算理论。Ｍｉｄａｓ采用有限元分析方法，计算精度　深入至单元，输出内力形式为应力；规范推荐方法计算原　理为静力平衡，计算精度为平截面，结果多数为弯矩、剪　力等。由此可知，Ｍｉｄａｓ模拟计算精度更高，计算结果更贴　近工程实际。　②计算结果。对比两种方法计算出的结果，发现在桥　图６全桥整体模型　梁同一位置的内力相差最大值接近６％。同时，Ｍｉｄａｓ计　表２　Ｍｉｄａｓ计算结果表头　１８　企业技术开发　２０１０年５月　算结果的变化趋势平缓，没有出现数据的突变和骤增骤　减；而规范方法计算出的部分结果出现跳跃性变化，没有　连续性。此外，对于结构最不利位置的确定，规范法较为　４结语　桥梁加固是一项实践性很强的工程，理论计算必须　模糊，只能得出大体范围，Ｍｉｄａｓ可以从计算结果的云图　与实际经验相结合。规范的编制过程中，吸收了大量的工　程经验和工程实例的归纳，规范本身即是高度实践性的　上直接找出细化到单元的最不利位置，定位能力更强。　③计算时间。利用软件建模计算所花费的时间，正常　总结。因此，在使用软件建模设计时，必须注意规范规定　　状态下为按照规范方法手工计算花费的时间的一半左　的计算要点，并符合规范提出的构造要求和构造措施。右。软件本身具有查错功能，有屏幕窗口可以观察模型建　　立是否合理；手工计算只有计算简图和大量冗长、繁琐的　参考文献：公式，并且出错可能性很大。此方面使用软件效果远高于　手工计算。　【１］李子龙．刚性桥面铺装层的数值模拟分析ｆＪ］．水利与建筑　工程学报，２００９，７（３）：１９—２２．　ｆ２】ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２２—２００８，公路桥梁加固设计规范【Ｓ］．　【３］ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２３—２００８，公路桥梁加固施工技术规范【Ｓ】＿　【４］湖南省常宁市松瓦公路茭河口桥结构安全性评估报告　④在遵守《公路桥梁加固设计规范》（ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２２—　２００８）的前提下进行桥梁加固的设计计算，使用Ｍｉｄａｓ软　件进行建模分析，具有更高的计算精度　更快的设计速　度、更好的表达效果。完全可以做到替代手工计算，达到　工程需要的目的。　【Ｒ］．湖南省交通建设质量监督试验检测中心，２００８　【５］ＪＴＧ　Ｄ２６０—２００４，公路桥涵设计通用规范【ｓＪ．　（上接第５页）　生成Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ．ｄｌｌ　ｐｒｉｖａｔｅ　Ｌｉｓｔ＜ＯｒｄｅｒＣｈｉｌｄ＞导人Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ．ｄⅡ　＿ｏｒｄｅｒＣｈｉｌｄｓ；　【ＨａｓＭａｎｙ（”ＯｒｄｅｒＣｈｉｌｄ”，”ｏｒｄｅｒＩｄ”，”ｏｒｄｅｒＩｄ”）】　，／一　Ｊ，　配置数据库连接信息　映射Ｅｎｔｉｔｙ　对多关系映射　ｐｕｂｌｉｃ　Ｌｉｓｔ＜ＯｒｄｅｒＣｈｉｌｄ＞ＯｒｄｅｒＣｈｉｌｄｓ｛　ｇｅｔ｛ｒｅｔｕｒｎ　ＧｅｔＬｉｓｔ＜ＯｒｄｅｒＣｈｉｌｄ＞　（一ｏｒｄｅｒｌｄ，＿ｏｒｄｅｒＣｈｉｌｄｓ，“ＯｒｄｅｒＣｈｉｌｄ”）；｝　ｓｅｔ｛＿ｏｒｄｅｒＣｈｉｌｄｓ＝ｖａｌｕｅ；｝　｝　｝　Ｊ，　Ｄａｌ层操纵数据库　图２　Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ使用流程图　在芦淞服饰商务平台中，我们采用了第三方支付手　殴来完成的在线交易。对应在线交易，在数据库中建立了　４结语　自主研发的框架其优点是更能结合本系统的实际需　要，提高系统运行效率，但也存在测试不够全面的，将来　需要持续对该框架不足的地方，应进行后期升级维护。　参考文献：　数据库表Ｏｒｄｅｒｌｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，在这里我们以Ｏｒｄｅｒｌｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　为例，来查看其对应的持久化实体类，如：　【Ｔａｂｌｅ（”Ｏｒｄｅｒｌｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”）】　ｐｕｂｌｉｃ　ｃｌａｓｓ　ＯｒｄｅｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＡｃｔｉｖｅＲｅｃｏｒｄＢａｓｅ　ｆｐｒｉｖａｔｅ　Ｉｎｔ３２　ｏｒｄｅｒＩｄ；　［ＰｒｉｍａｒｙＫｅｙ（ＰｒｉｍａｒｙＫｅｙｒｒｙｐｅ．Ｎａｔｉｖｅ，”ｏｒｄｅｒＩｄ”）］　【１】董占明，昝风彪．ＡＳＰ．Ｎｅｔ的多层应用系统设计［Ｊ］．计算机　与信息技术，２００７，（２６）：３６０—３６１．　［２】郑琨．基于Ｏ／Ｒ映射的对象持久层框架的设计及辅助开发　工具的实现【Ｄ］．苏州：苏州大学，２００６．　［３】孙卫琴，精通Ｈｉｂｅｒｎａｔｅ［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００６．　ｐｕｂｌｉｃ　Ｉｎｔ３２　ＯｒｄｅｒＩｄ｛／／对主键映射　ｇｅｔ｛ｒｅｔｕｒｎ＿ｏｒｄｅｒＩｄ；｝　ｓｅｔ｛＿ｏｒｄｅｒｌｄ＝ｖａｌｕｅ；｝　｝