（道路与铁道工程专业论文）波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构分析与试验研究.pdf

被彤俐腹板虹力混凝卜f ：合耕棠 射分析，l 止验川宄 摘要 本文阐述了波形铡腹板坝应力混凝土组合箱梁的优点，介缁了法陶、h 本等 围家的波形铡腹板桥梁的概况，在此基础上提m 了本项目的研究步骤与技术路 线。 l 、通过对波形钢腹板预应力混凝土组台试验小粱的加载试验，基本上了解 了波形钢腹板预应力混凝上组合试验梁的上作情况，特别是它的极限承载力超m 了理论计算值，这表明波形钢腹板箱梁有着较大的承载能力。 2 、在小梁试验的基础上，通过对人尺寸波形钢腹板预应力混凝土组合试验 粱的静载和极艰破坏试验，进步了解了波形铡腹板的抗弯性能，钢腹板的抗剪 性能等力学特性。 研究认为： l 、波形制腹板组合箱梁具有较强的承载能力和整体受压屈曲特性； 2 、波形钢腹板在纵向易变形，在设计上可以忽略腹板中的纵向正应力， 对于波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁，其弯曲刚度和轴向拉伸刚度的计 算只需考虑上下混凝土板的作用。 3 、本文提出的钢腹板与上下翼板连接方式是合理的和可行的。 本文通过对波形制腹板预应力混凝十组合箱粱的结构分析和试验研究，为促 进我固广泛研究和修建类型桥梁提供了理沦依据和技术支持。 关键词：波川俐腹板：休外颅j 、v j ：川合衔棠；坝1 弘试螗 堑l 塑叁兰些! ：堕苎 丝堡型堕堡堡丝! 生曼壁坐鱼笙鲨竺丝坌生。! 堕堕型! ! a b s t r a c t t h ea d v a n t a g e so fp r e s t r e s s e db o x g i r d e rw i t hc o 舢g a t e ds t e e lw e b ( s h o r t e d f - o r b g c w ) w e r ee x p a t i a t e d ，a n db r i d g e sw i t hc o i t u g a t e ds t e e lw e b i nf r a n c ea n dj a p a n w e r ei n t m d u c e di nt h ea r t i c l ea sw e l l b a s e do nt h e s ed e t a i l s ，t h er e s e a r c hs t e p sa n d t e c h n i c a lm e t h o d sf o rt h i sp r o j e c tw e r ep u tf o n v a r d 1 t h ew o r k i n gs t a t u so f p r e s t r e s s e db g c ww a su n d e r s t o o df r o mi t s1 0 a d i n gt e s t p a n i c u l a r l y ，t h a ti t su l t i m a t ec a p a c i t ye x c e e d e dt h e o r e t i c a lv a l u ei n d i c a t e dt h a t b g c wh a dc o m p a r d b l yh u g ec a r r y i n gc a p a c i t y 2 t h r o u 曲s t a t i cl o a d i n g t e s ta n du l t i m a t ef r a c t u r et e s to np r e s t r e s s e db g c w ，i t s a n t i m o m e n t ，a n t i s h e a rp e r f o m a n c ew a sf u r t h e ru n d e r s t o o da s w e l la si t s m e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i cu n d e re c c e n t r i cl o a d i tw a sb e l i e v e dt h a t 1 b g c wh a sc o m p a r a b l yb e t t e rr e s i s t a n tp e r f o m a n c ea g a i n s tm o m e n t ，t o r t u r e ， s h e a ra n di n t e g r a t e db u c k l i n gu n d e rp r e s s u r e 2 r o u 曲l y ，m e r ew a sn os t r e s sa l o n g 血e1 0 n g i t u d eo fc o r m g a t e ds t e e lw e b a s 陆a sw a v el e n 酉h ， a p t i t u d ea n da n g l ef o rc o r r u g a t e d s t e e lw e bw 盯e c o n c e m e d ，t h e ya r er e a s o n a b l e 。 3 t h ec o 肌e c “n gs t y i eb e t w e e ns t e e lw e ba n dn a n g es u g g e s t e di nt h i s a r t i c l e w a sr e a s o n a b l ea n df 色a s i b l e t h ep a p e rp r o v i d e da c a d e m 记a n dt e c h n i c a ls u p p o r tf o rp r o m o t i n gr e s e a r c ha n d b u i l dt h es a m ek i l l do fb r i d g ei nc h i n a ， b a s e do nt h es t r u c tl i r ea n a l y s l sa n d c x p e r i l l l e n i a ir e s e a r c ho np r e s i r e s s e db g c w k e yw o r d ：c 0 1 。r u 苎a t e ds t e c lw e b ；e x l c r i o rp r c s t r e ss - c o n l b i n e db o x g i r d e r 二n l o ( i e l i e s 【 尔i 打人学坝l 融立 1 绪论 t 1 研究背景与目的 1 1 1 研究背景 1 1 问题的提出 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥是一种新型的钢一混凝土组合梁 桥。由丁桥梁占自重2 j 左右的腹板采用了波7 臣钢板，大幅度地减轻了箱梁 的自重，使基础工程存内的下部结构减少，从而大大降低了材料剧量和造价。 山于不需要混凝土腹板，相应减少了钢筋和模板的拼装、拆除作业，缩短了 工期。在结构上看，波形钢腹板预应力混凝土组合箱粱充分利用了混凝二l 抗 压，波形钢腹板质轻、抗剪屈服强度高的优点。由于波形钢腹板不抵抗作用 的轴向力，所以能有效地对混凝土顶板与底板施加预应力。并且，波形钢腹 板不约束箱粱顶板和底板由于徐变和干燥收缩所产生的变形，避免了由于钢 腹板的约束作用所造成的箱梁截面预应力损失，加之又采用了体外预应力 索，免除了在混凝土腹板内预埋管道的繁杂工艺，减少了预应力钢筋的用量。 与普通预应力混凝土桥相比，波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的造价要 低的多。对波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的结构力学特性的研究，不仅 填补了我国对这种新型桥梁技术研究的一项空白，还将产生十分可观的社会 经济效益。 2 ) 国外波形钢腹板p c 组合箱梁桥的基本概况 在波l = ；钏版扳预应力混凝j ：组合箱梁技术的应川方面，法州；f i | 奉处j 二 世界领先的地位。19 8 6f ：法| 建造了世界 ：筇+ 座波形钢腹板预应力混凝 1 纰合连续耥粱侨 一c ( ) ( ：n a 人桥。l9 h 8f r 建成了七跨：，j 彤轿j 眵撼| f 【| 连续 梁桥。踟 二代术期ii 小从 川l 、i 进了波形俐股板粱桥建造技术，诈进仃 j 棚j 、i 的川沦 i j f 。，。m 缱j 直ii 小内hj 砸波髟1 _ i q 帔板坝j 越j 濉凝i ：纠合衔棠 简支梁桥一一j ：i f ij ：人侨的过袱一h 曾做了i ：1 的抗嘶稳定p l 模j 弘试验，j ： j ：l q q ： 印建成丫这胯人桥。lg q q ：| 小建成了| l | = 界1 | 、l 庸波形钏脱扳j j ! ij 越 肌6 凝1 f ? 钔架造杖阳侨一小夼公嘶人侨，刮i u 为l r ，纠、l 址成 波肜钏脾眦川f j 衍泶f f 吐l ( ) 心，：( h 、份小ll jf 斥、q 1 1 小，浙”f 虮 尔m 人学岫l 论史 波形刑腿板心j7 皑r 斌十：翻l f j 革f f 粱结构仆射i 1o 吐骑”冗 f i 本本谷桥、法睡i u p 高架桥、法罔c o g n a c 桥、同本( ：( ，r n ic h e 桥、法国a s t er ix 桥、挪威i r o n k o 桥、委内瑞拉c a m c a s 桥、法 国d o l e 桥。其实桥资料及基本参数如表1 1l 、表1 1 - 2 所示。 表1 卜1国外瓦庠波形钢腹板p c 绷合箱粱桥的殴甜参数 e 部结构施i 。 桥名建桥时间桥| 丈 桥宽 跨释 形式 方法 波形钢腹 3 1 0 m + 法国板单箱单【9 8 4 年 l0 78 2 n 1 】17 0 m 430 i n + 顺摊 c o g n a c 桥室等截面一1 9 8 j 年 ： l0 m 连续梁 4 09 2 m + 4 4 1 0 m + 波形钢胺 法国4 7 2 5 m + 板三角形 1 9 8 5 年 m a u d r e3 2 5 o m1 07 5 m5 0 4 0 m 顶推 箱形等截 一1 9 8 7 年 高架桥+ 5 3 5 5 m + 面连续梁 4 7 2 5 m + 4 0 9 5 m 波形钢腹 4 4 0 1 3 m + 日本板单箱单1 9 9 6 年 1 9 8 3 1 3 l o o m9 72 0 2 m悬臂+ 支架 本谷桥 室变截面 1 9 9 8 年 十5 5 9 7 8 m 连续梁 波形钢腕 2 7 4 m + 日本松扳巾箱单 1 9 9 3 i ： 2 lo 0 m8 5 m： ，1 5 5 m 斜吊+ 顺推 小七号桥室等撼而1 9 9 6 年 + 小l9 m j 生续梨 波彤制脱 ；f z 烈艄- p 1本1 9 9 ，3 j ： 宣等械l 而3 l ( ) m 1 10 m 3 ( ) 0 m坝拊 新j i 忻 l q ) 1 i ： 堆蝣两芰 j 鞋 波j b l ；| | 胆缸顺心j “d t 疑 习l0 柏染量l l i 十；：f 舒材f jl 止骏川冗 丧【卜2儿鹰p c 绷合筘粱f * 的i 皮彤州腹扳的儿参数 折弯l 形j 佚系 扳j 学l之间的瓠弯锄躞波“ht | | 腹扳高 【 桥 数y ( m m )kj 业c ( f 堑) ( m 1 ) rm 儿1 ) ( m m ) ( i m ) 法幽 83 j 2 72 40【5 00 9 517 7 1 c o g n a c 桥 日本 g2 j 0q 5o15 0og ol4 2 ( 】 新开桥 口本松小 84 3 n2 862 2 009 ：2 2 0 0 七号桥 法围 最小1 0 8 1 ， d o l e 桥 84 3 02 9 82 2 0o 9 3 最人4 0 1 1 ( 变截面) 法国 m a u p r e 高 82 8 44 51 5 00 9 2 3 架桥 日本最小1 0 8 1 ， 84 3 02 9 8 2 2 0 o 9 3 本谷桥 最大4 0 “ 注：形状系数yy = 可，如r 图1 1 一l 所示a 、 ft = 八矗 。 尔向人学坝i 。盹史波彤制腹扳、v j7 昆胤卜小什辛1 桨 一栅分村r ，试舱“外， 从f 1 前建成的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥来看，桥的截而卡要是隼f i 形，两片波纹腹板平行或倾斜放置。有关这类成桥的试验和有限元计算已进行了 不少，已建的实桥在通车以后运营正常。 1 1 2 研究目的 通过对波肜钢腹板预应力混凝t 组合筘梁结构分析利试验研究，为促进我吲 广泛研究和修建同类型桥梁提供理论依据和技术支持。 1 2 研究步骤与技术路线 波形钢腹扳顶应力泓凝一 ：组合箱粱桥的资料收集、整理平分析 l 拟定小尺寸波形钢腹扳预戍力混凝l 纲合箱粱的 f ：j 造及尺寸 上 确定波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁小梁试验方案 上 进行加载试验、数据处理及总结 上 拟定大尺寸波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的构造及尺寸 上 确定波形钢腹板预应力混凝+ 组合箱梁大梁试验方案 上 加载试验 数据处理 上 总结掀；1 r 斟ll 一2 波j b 钏脞扳颅心力泓；疑1 圳介栅棠试验，j 啦汁流“ 2 电测法及平面分析的基本原理 2 1 电测法 试验应力分析的方法很多，如电阻应变计法、麻力涂层法、光弹一降法、 x 射线应力测量法、磁性应变法等。较常削有r 巳阻应变计法、光弹性法等。 电阻应变汁法足以电阻应变片为传感元件，将其粘贴在被测构件的测 点处，使其随构件共同变形，将构件测点处的应变转换为电阻应变片的电 5 上【变化，从而得到测点处的应变，存结构变形处十弹性范围内时，可按 h o o k c 定律得到其应力。 2 2 平面分析得基本原理 在一般得平面应力状态下，主应力o 、。! 的方向未知，为确定某点 的平面应力，需要知道该点的x 、ev 和v 。但在某些特殊情况下，用 一个应变片就能确定其应力状态。 1 ) 单向应力状态 这种情况只需将应变计贴于受力方向，测得应变e ；即可，其应力为： ox = e 8x ( 2 2 一1 ) 2 ) 主应力方向未知 在这种情况下，需用应变花来测量。如果在构件表面上欲测定应力之 处取出一单元体，在单元体的各个面上作用有ox 、o ，和r 。三种应力，见 图2 1 。单元体变形后有应变ex、ey 和yx y ，如某个方向与x 轴成。角， 由平面应力状态下的应变关系可知，o 方向线应变ea 与e 。、e 。和y 。，之 问的关系为： ec 1 = x c o s ：o vs in ! 十yx v s i n “c o sn ( 2 2 2 ) 这样测得任意三个方向( 如阁2 一l 所示) 的线应变代入式2 2 3 得 ，i 车1 l 纠2 24 。 ( 2 2 3 1 解方程组22 3 即可得。、。、和h 。将式l22 对d 微分，_ j = 令堕：o d 口 y 得留2 口= - l ，此时的极值就是卡应变值，即 占一占 气! = 鼍三 厄而一11v 、。 7 ” l y 。 口2 j “”留i = i 、= 雁i 丁而 式中。为主应变和x 轴的夹角，y 为最大剪应变。 ( 22 4 ) 在实际应用中，常用应变花有4 5 0 应变花和6 0 0 应变花等，本次试验 选用的为4 5 0 应变花，下面就介绍这种应变花测得的数据所确定的主应变 和主应力及其方向。如图2 1 所示，d 。= 0 0 、。= 4 5 0 、a 。= 9 0o ，由式2 22 得： 解得 岛2s ， 1 r、 1 5 a s2 i 忙- + + y w j 【s 9 0 = ， 占r = o t = 岛。 l y 。= 2 占b 一，一占9 0 将式( 22 6 ) 代入( 2 2 4 ) 得 h 二= 三华 厄i 了砸i 习 i 。 2 f 4 5 一m ， 一严。俘一二i 一 、：托i j 酝而 ( 22 5 ) ( 22 6 ) f 2 2 7 1 f d 口 口 s s s o 0 o c c c “ 6 r 口 口 a n n n s s s 厂y y + + + h f 口 口 口 i一，一 n n n s s s 占 s 占 + + 十 n 6 r 口 乜 口 ：2 宝 c c c r 、 r f f 占 = | = “d ，l1 波j i 制忸扳峨啦儿濉一趾上纠音柑泶结棚舒忻一川蜘州宄 再根据广义胡克定律得 甜寄击瓜习可萧 一i 2 5 4 5 一f o 一w 非i “噌烹 ：熹厄j 了砸i 习7 一x2 芝而【5 。一。u 。) 一十【2 5 s 一5 。5 。) 一 f 22 8 、 从上而的讨论可知，在丰应力方向未知的情况下，只璎洲定仟意j 个 方阳的线应变，就j 以确定主应力的大小及其方向。 波形制脱l 匣坝沲儿滟凝上组帮辩结f f j 分析试骑研究 3 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁 小梁力学性能试验 3 1 小梁试验概况 小梁的制作与试验在东南大学交通学院道桥试验室进行。 3 i 1 试验主要观测项目 模型梁设计遵循相似理论，根据r i 本新开桥的跨径按l ：12 的比例进 行缩尺试验。波形钢腹板的几何尺寸采用重庆交通科学研究院模式。箱粱 简支在厚钏挚板上。整个试验共使用2 片梁模型，分别标记为l 号梁、2 号梁。 试验主要观测项目为： ( 1 ) 双点对称加载时箱梁的挠度与各控制点的应变； ( 2 ) 双点偏心载荷时箱梁的挠度与各控制点的应变； ( 3 ) 双点对称或偏载下箱梁的极限承载力。 3 1 2 模型梁的基本尺寸 波形钢腹板箱梁的模型分别见图3 卜1 、图3 卜2 。梁长为2 6 米，计 算跨径为2 4 米，梁高为o 3 米，顶板宽o 8 米，底板宽为o 3 5 米。顶 板中部厚为4 0 m m ，端部厚为3 0 m m ，底板厚3 0 m m ，波形钢腹板厚为l m m ， 波高1 2 m m ，采用a 3 优质低碳钢。现场试验模型见图3 卜3 。波形钢腹板 构造及尺寸如图3 1 4 、图3 卜5 所示。 7 5 0 一 9 0 ( ) 7 5 0 2 【( ) f ) 2 m 1 ( )r p hm m 剖hl ，i 撕j 鞋1 = i ) ；弘纵鼬削i 笔| 萼j ： 【_ 2 钔架坝j t 小j t - j 、 j ；南大学硕1 沦文 波彤钢| | ! 扳脚世j j 7 鞋睫上维箱架结尚分析7 试验研究 图3 卜3试验现场的试仲照片 高一! ， ，一! 一! 一一- - 。l l _ 一j l ! ! ! ! 图3 卜4 波形钢腹板模型 r t = lmm - 毋 1 ，三 u i 盟2 见3 立止广 。j ll 断面 图3 1 5 波形钢腹板立面图 模型梁采用体内非预应力钢筋和体外预应力钢筋混合配置。普通钢筋 采用i 级，预应力钢筋采用直径为5 m m 的矫直回火高强钢丝，控制应力为 1 2 5 5 m p a 。微混凝土等级采用c 3 0 ，水灰比o 6 2 5 ，骨灰比4 5 ，骨料粒径 不大于5 m m ，表面光滑的河砾石最佳。普通硅酸盐水泥标号4 0 0 # 。 3 1 3 加载情况 加载方式分单点及双点两种，双点加载分别进行轴线位置和偏心位 嚣。啦点加载瓶接_ ；f j 手动t + 斤预完成，烈点加载是将于动千斤顶胃f 分配 粱卜，每缎瓤i 找稳定历读数。胖论i l j 锌的弹t l ：倚找为1 ) = 2 0 k n ，微限倘找为 i ，= 4 ( ) k n 。0 l n r i ：范内，采川臀0 0 找增j | l ：，j a 时观测挠度汁，“1 发脱挠艘 突然师人l ”，叫i 停1 i i 肌拽。斯接近破m 、 * 小甜披增：1 ， i 观粟体严r j l 。裂，或裂缝，田机、，l j 终i | ： | | 拽，e i 卜j j 为1 授i ；h 月i 找j ，i l ? 止u b 、j r j ij m 刎 业“l 。 1 1j 衄变j j 及挠j f ：训们】w 心，蹩” l 。n m 坝 【= 豆、川慨舨 阶个! j j | l l if o 山帅十心7 f ! = ! 钋 波形制胜扳颅心山混凝上目i 箝粱鲇构分析b 试躺研究 中和支点断面的竖向位移和横向位移。挠度计为最小刻度为o 0 1 m m 的百 分表。如图3 卜6 所示。2 号粱只在跨中断面布置挠度计，如图3 卜7 所 示 跨中断而支点断面 幽31 6l 号梁控制断面挠度计布置幽 图3 卜72 号粱挠度计布置图 3 2 小梁加载试验 3 2 1 跨中单点加载 加载布置如图3 21 和图3 2 2 ，挠度计布置如图3 卜6 和图3 卜7 。 + ( i )( 2 )( ： ) i i ：! 。0 l l ，| ：j l “in 找l ；i i ! 女、南人学碰l j 沱丘= 波形钢腹板顷心力混凝上自t 卉精懿结构分析与试，啦研究 1 )l4 梁挠度试验测量结果( 表3 2 一1 ) 表3 2 一l 粹m 兄f 土要测点的挠度( 单位：m m ) 工况( 1 )工况( 2 )工况( 3 ) 测点编号 5 k n l o k n5k nl ok n5k nl ok n lo 0 70 0 7o 6l0 0 2一o 0 l o 1 3 2 o 0 80 ，2 74 8 3o 9 4 0 6 62 2 5 3o 1 1o 1 6 0 0 5一o 6 lo 5 82 5 2 40 0 1 0 0 1o 0 3一( ) 6 lo 4 41 5 2 5 o 0 lo 0 2o 0 7o 4 7o 4 51 7 3 6o 0 1( ) 12 o 0 2一o 4 2o 4 3 1 5 3 7 0 0 8o 2 4o 1 20 2 6 o 10 0 5 8一o 0 3一o 1oo 1 6 一1 2 l一【8 5 9o 0 5一o 0 9一o 0 4一o 6 3 0 5 21 4 8 注：对于挠度计2 、7 、3 、6 、8 而言“一”表h i 位移向卜，“ ”表乐位移i 勺下；对于挠度计l 、5m 言，“”表示位移向右，“+ ”表示位移向左；对于挠度计4 、9 而害，“”表求位移向左，“+ ”表h 位移 向右； 2 ) 2 。梁挠度试验测量结果( 表3 2 2 、3 2 3 、3 2 4 ) 表32 2 工况( 1 ) f 各测点的挠度 ( 单位：i i i i n ) 荷载等级 挠度计编号 01 0 k n2 0 k n 2 5 k n l1 0 0 5l o 3 l 1 0 5 41 0 6 6 21 1 7 0 1 1 8 01 1 8 01 1 8 0 31 1 6 3 1 1 9 01 2 1 91 2 ，3 3 4 1 2 3 71 2 3 41 2 3 81 2 3 9 5 8 7 58 9 49 1 5 9 3 3 61 3 6 81 3 8 21 3 9 5 1 4 0 8 7 1 5 1 01 5 3 4 1 5 6 01 5 7 5 沣：挠度汁测点6 、3 、5 、7 、l 位移以向下为币，挠度；p 测点d 位移以i 柚走为币：挠度汁2 位移以向 右为i f 。 农： 2 一：ji ：况( 2 ) r 再洲点的挠度( t 丫l 何：m ) 衙钱锋绂 挠度汁编l j ( ) l o k nl5 k n2 【】k n l l ( ) 15j ( ) 2 5l ( ) ： 1l ( ) 1 2 2l 】h 91 1 b hi l “l l5 u ： | l7 5| ih i 【1 h “】1 q ( ) 12 ： 8l2 ： 7 i2 ： h2 ： h jhk h ”( ) 7l 】2 5- ： 7 n l2 h ( )i 一( )l1 2 i： 5 7 i 五1 2l 五： 7l5 弓( )5j ! ) i i 挠j 坚i l 删，l i 、：i ，5 、i 、i ” # l l i 、乃i lr ，j 量m i 似f # “：为l l 一：忧j 生2 阿 # 【l n 山l i 尔m 凡学颇1 渔正波j 睡目q 艘扳鲍h j j l 皑一髓上虬舟箱禁结均竹目i 7 试螗研究 袁32 4i 犹( ：j ) r 符洲点的挠度( 单位：m m ) 荷载等级 挠度计编号 o1 0 k n15 k n2 0 k n 1l o 0 6l o 0 61 0 2 01 0 2 5 21 1 5 91 1 4 61 1 3 91 1 2 7 31 1 6 0 1 1 5 6 1 1 5 5 1 1 5 l 41 2 4 21 2 1 51 2 4 61 2 5 l 一 08 9 l9 1 89 3 19 5 0 61 2 9 31 3 3 01 3 5 31 3 7 8 71 5 2 21 5 3 6l5 4 61 5 5 8 r 。：挠腹r r 测点6 、n5 、7 、1 位移以向f 为l f 饶艘汁删点4 位移以向左为l f ：挠艘汁2 位移以向 右为正。 3 2 2 试验梁1 “梁极限承载力试验 按l o k n ，1 5 k n ，2 0 州，2 5 k n ，逐级增加，直到破坏，接近破坏时， 根据挠度增量施加荷载，并减小荷载增量值。挠度变化见图3 2 1 0 。 图a 测点1 的挠度与荷载的关系幽b 测点2 的水平位移与荷载的关系 7 6 5 毛4 e 一3 剖 拦2 1 0 厂 ，。 。 f 一- 一- 一 _ 7 7 _ f 2 5 k n5 0 k n6 8 k n8 79 k n 一 俯捕等蜘( k n ) l 笃jc 测点3 的挠嫂! o 甜绒的父系 o3 5 03 d l o2 5 。o2 疗 兰0 1 5 、 l0 1 0 o0 5 o0 0 00 5 0 0 l - 0 1 v 迅一o2 g 一o 3 乓 一04 f 、 2 5 k n5 0 k n6 8 k n8 79 k n 倚找等级( k n ) i _ _ jd 测点门水、f 何移! 简绒的父系 b 7 6 5 4 3 2 1 一e e r 叫： 一 一 一 m一| 一卜b n眯盯 不 n n 、 k k 门 j j。“扎vi n 忧 瞰 = 三 2n 0 帐 盯 n ， 0慧川rr 水至_ 。川 巧 - h 、 波彤制心扳预鹰山混凝上绀舟辛f 粱结构分析与试辘趼究 0 - 5 0 o e 曼一o5 边一10 掣一15 牛 晕一20 25 3o 7 ，- 一一一 一一- 一 一 l i j i 2 5 k n5 0 k n6 8 k n8 79 k n 荷裁等级( k n ) 0 f 7 06 lo ，5 0 4 篓 l 0 2 0 1 00 0 1 i 、 2 5 k n5 0 k n6 8 k n8 79 k n 付戴等级( k n ) 幽g 测点7 的水平位移与荷载的关系幽h 测点8 的水平位移与荷载的关系 图3 2 1 0 测点位移与荷载的关系 3 3 小梁试验分析及试验结论 1 ) 由2 4 梁1 、5 、7 点荷载挠度关系和l4 梁极限承载力试验中荷载挠 度曲线可以得出，波形钢腹板预应力混凝土组合梁在弹性状态下，荷载挠度整 体呈线弹性规律变化。 2 ) 由14 梁极限承载力试验中荷载挠度曲线可以得出，加载值小于5 0 k n 时，波形钢腹板预应力混凝土组合梁整体仍在弹性状态下，远远大于计算弹性 荷载2 0 k n ，；极限加载值超过9 0 k n ，远远超出计算承载能力4 0 k n 。 通过对波形钢腹板预应力混凝土组合试验粱的挠度和应变的测试，基 本上了解了波形钢腹板预应力混凝土组合试验梁的工作情况。特别是它的 极限承载力超出了理沦计算值，这预示着波形钢腹板箱梁有着较大的承载 潜力。 舣斟- ；i ：述试验的情况，还；嚣住以后n j 试验研究小进行以卜儿个山l 内 改沣： 、i ) j 小玖试验进仃n j 越小比例ti ：l2 ) 的模w j 试验，敞r j i 九什j ( 、j 效j 越，j j 还j 衄进i j ：较人j t 寸的 = j ：；叭_ r i = 验，为这种衔梁结缃j 越川j - 吱桥 n 妓术玳符。 2 ) 试验l i l 发现，波i l | = 三钏幢扳衔柒九5 ；| 1 一心拽衙f 1 ：川l 、，除跨 r “小忆1 艘 f | 1j i j = 0 外，j i 他h i f 一术发j 弛”市，这。，芯。的 ，j - 求“足，州芯j 舡n ：j 处j i i ! j i 川川蚓，l j 4 0 ， j 牲 波j 饽钔脱板确麻j j 泥凝上绀舟箝桨结似竹昕，试临研究 3 ) 试验梁的破坏最终表现为抗剪连接部位的损坏。如果采用较为合理 的抗剪连接构造，那么波形钢腹板预应力混凝土组合试验梁的承载力还会提 高。这对箱梁的强度储备很重要，因而还应结合大尺寸箱梁的试验对抗剪 连接件进行较为详细的研究。 j i 南 学硕i | 亡史波形钢膻扳顸心山能般上绀台柑繁结构丹昕与试r 峻研究 4 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁 大梁力学性能试验研究 4 1 波形钢腹板预应力混凝土组合箱粱试验梁设计与制作 4 1 1 设汁的原则 结构试验是研究和发展结构理论的重要手段。从确定结构材料的力学 性能到验证梁、板、柱等单个构件的计算方法，到建立负载结构体系的计 算理论，都离不开试验研究。研究性试验的试验对象称为试件或试验结构， 是专门为试验设计制作的。它并不一定就是研究任务中的具体结构模型。 在设计试件时要经过细致分析，找出问题的实质，然后再根据抽象出来的 本质问题和尽可能简化试验设备的原则来设计试件。试件常常突出研究的 主要因素，而忽略一些对结构实际工作只有次要影响的因素。试件常常具 有结构的某一关键性构件。 4 1 2 试验梁设计 试验梁设计根据模型试验的几何相似理论，由日本新开桥的尺寸按照1 ：4 的 比例进行缩尺，同时依据公路砖石及混凝土桥涵设计规范( j t j 0 2 2 8 5 ) 和公 路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范( j t j 0 2 3 8 5 ) 的有关规定进行调整， 并考虑制作的方便，最终确定试验梁的构造尺寸和钢筋布置。 试验梁梁端简支，跨径75 m ，梁高o 4 8 m ，底板宽o 6 m ，顶板宽1 8 m ， 波形钢板厚3 m m ，钢腹板倾斜角度与竖向成187 9 0 ，采用后张法施加预应 力，以体外预应力钏筋和混凝一 ：顶板、底板内的蝌负应力钏筋共州承受结构自重 刷试验简找。顺应j 筋采川“行为l52 m 1 1 1 的7c i ) 5 的铡绞线，抗扎强度标 准位为1 4 7 0 m p a ，张托j 为12 0 k n ，溉凝l ：牛，j ：l j 为4 0 j 。衔粱沿纵砹玎1 逝横m 板，l ! | j2 逝端m 扳和2 逝t ir 横m 扳，体外川j 铡筋锚川n ：端攒隔板i ? ， 终过i l 横m 扳 w 帅k 折线j 艮 i 殳；l _ 1 ：钱为：f 奇- li ”，一j 、策l t i 城p = 4 0 。 4 1 3 试验梁的：| j | jf 1 - i - 验嗽洲m 竹比儿父i i f 斥粱朋制j 制1 1 ，2 ( j ( j ! 小l 【 jj 7i 【，j j 戍，jl 阳i | j | j 二，! ln “li 限弛4l i 胍1 4 州。f 如屺比4l l 、k4i 一! ， l _ ! 婴- j 坚* 【 noon【f曼f|一i毒_一 雨三 j 怒 蟹瓢嚣甚妄颦 一 古掣眯鲁强烈鼙群潭啦一1：=)(鼙鎏暑!【f裂 ：堑卷呈样r域器 一l ：o r ) 驻姆辱 。k杀讯蜊抽霉叫珠裂肾唰掣剞裂静g蜊导r目孵埘挚懈辱 酐h窜【斗婚娶垣鲥盱蟮f蹦q 。*埘甙嚣迥黯耻圈 吐r)旧蔷目l暑 =旧蔷aj a i 自m 。 e 上 波形钏腿舨f | ! m 山一链l 细i 铜架钻m 钎f jr v “螗川x 里坠型坐旦l 一 些型型，型：! “堡i 坐塑型业业! i 塑l 堕 j 互 哥羔 一告魁一 匝划霉强器牮坚 去秘赫鲁董剥葵器接啦囊至晕型i娑苍 ；=采聪缸搴静垤辱*匝一 世毗唑箱雀州葵暌嗤雀哦曹叵 林、盂寝g璺!制嘛最牟曹叫掣赠划蜡群十岳辩*丑n *瑚最霹掣斗田，一 甲藤- 。l。 9 t 旧中挺幂辎避 尘坠型坠堕l 一 些竖些型! ! 生 堕l 坐型型，塑垫- 些型堕 n o o 丑 蜒 怠 密 蚓 瘁 l 迎 蜊 器 辖 划 堪 型 鲻 l 嘣 裂 翻 弭 剥 犁 裂 擦 e 蠹 p 蜓 窭 2 婪 急 甲 n 叫 o 创 州 赵 - 二 ，3 型蚓怒 嗥剿 垫碧 骡蜡 匝 姓 划 吲删 窭 怒恬 谊 一椁 霏莨 蒜 # 鼎 最黎 接岳 小密 嘣 轻 窿 颦 魁 裂 烈 嚣 引 冰 秣 淫 d c 毯 蹬 葶黠革婶辎州梁蜒掣鞲捌吲牮州繇赠卜叫唧蟮坚颦廿 。*埘氓羁掣讣巾岳匝 !p叫1刮i1忙 审沓 。孙+罨j l 一一d挺骚蒜足球r逍瞎 安释尉帑 _ 昌 r 二 d 二 1 一r=n一搔幂餐生帮碧 乐甫夫学硕l 呛立皱形钢啦扳顸应山混艇上组合莉粱结构分析与试验研究 阳a 坝扳 f ! 扳 图d 转向块钢筋 i lb 弗侦应山筋 图e 顶板钢筋 4 1 2 施工过程部位详图 表4 1 一l 混凝土试块检测报告 hc 底板制筋 刚f 端横粱钢筋 抗压标准强度棱柱体强度弹性模量 ( m p a )( m p a )( m p a ) 6 04 43 4 0 0 0 表4l 一2 铡扳试什检洲报告( 单位：m p a ) 械而尺i j e 0 i 、 o 、【 0 l i fn 1 ( c m ) 26 x l2 02lx 1 0 35 122 0 73 4 7 16 33 4 79 0 6l59 lo 4 2 试验力案 4 2 i 试验加戕办案 干| jj | jf m 小| jjj 、j j 1 “d ；疑i ：1 ：，j f 卟 f - i 、 i i 虹- n f | jj “ jn j i f 川j ，e | 0 f t i 梨f 1 支t * | 0 i 找41 一i 乃j | 1 找h 小 波形铡腹扳琐应力7 昆鞋上组仑箱粱结 j j 忻与酞验研究 锢壁递工罕粱 ，一 一- 主_ ；掌 自。， j - i i 4u _ 】 、。 一一一 一一 j 邑凝工柱 7 重：r j 图4 2 1 试验加载用的简易反力架装置 该加载方案的优点是可以利用现有设备条件，加载量易于控制，能够满足试 验的加载精度。 4 2 2 测试内容和测点布置 试验中需要测出主要截面上腹板的纵向正应力和竖向剪应力、混凝土底板和 底板的纵向正应力和横向正应力、和试验粱在相应位置的变形，在跨中和1 ，4 跨 位置的的顶板顶面、底板底面和两侧腹板上布置3 向应变花，在跨中、1 ，4 跨和 支点位置的底板底面沿横向对称布置挠度计，应变片和挠度计的具体布置见附录。 4 2 3 加载量控制 1 ) 箱梁的加载量的最大值是根据设计值来确定的，即以箱粱在弹性范 围内跨中截面下缘混凝土正应力和挠度值进行挎制。 2 ) 试验加裁采用分级加载方法。最大加栽昂为4 0 k n ，初值为1 0 k n ， 荷找蜥髓为1 0 k n ，接近最人肌城 i 钏j ，* i 城晰 | i = 为5 k n 。 3 ) 姗找终止 ( 1 ) 扯j l | 钱历，“1 删测仪料厄泄i 稳定i 史数t 限仪器小身求) | h ，终 小圳找。 f2 ) 衔粱脱混凝i ：裂缝叫，终m 川披。 ( 3 、仪器i 爻数脱片常馊化时，终小加找， ( 4 1 到选址人披：| ；：圳i ，tj l i 终= j 、m 凡学坝l 呛卫渡j f 三钠靴扳触j j i m 袱i 叭i r 钳把坫 ；j 分忻，i 轴研宄 4 3 现场试验过程 试验分为l4 梁、2 ”梁及24 粱的极限破坏三个试验过程( 见图4 _ 3 1 1 。 图a 试_ 嘘现场 | 冬ic试骑罐 i ib 颤麻力雌拉 hr 扎j l ：- ：jz 波睢刑心扳地h ，j 泓一疑l f 御桨外构讣忻t 1l 嘛州究 l 划f 心娈佗粘呲 图h 钢腹板应变花连接 hj 跨中挠膻仪 hg 山f e 感器及沉降测试帔 目i 底板应变花连接 hk 板心蹙佗0 l 连线 东南人学删i 硷! = 波形钢腹板预应山混凝上组合辅弛结丰勾分析与试螗研究 图43 1 试验过程详图 网。对称加哉 4 4 波形钢腹板预应力混凝土箱梁试验结果分析 4 4 1 1 。粱试验梁试验结果 1 ) 对称荷载作用下混凝土和波形钢腹板主应变及主应力试验结果见附 录。 2 ) 对称荷载作用下挠度曲线( 图4 4 1 ) 02 03 04 0j 0 荷找( k n ) 4 4 2 2 ”梁试验粱试验结粜 1 ) 对称t 0 找作川f 洮凝i ：刷波形俐j j l 板i ：j 衄变肢1 i 心j 试验结粜见附 求。 2 ) j 柏；* 0 找f 1 j | j 卜挠j 巫| | l 】线( 1 冬l442 1 自、南人学预1 论文波形钠妇扳j j l 啦山韫艇上自i 箱染结构分析，j 试峨研究 3 2 5 2 e e 一1 5 刨 送l o 5 o + 测点2c + 测点3 一测点5 乞 * 测点6 ；挚矿jj ol o2 03 04 05 06 0 荷载( k n ) 4 42 对称加载下荷载与挠度关系 4 4 3 2 “梁的极限破坏试验挠度曲线( 图4 4 3 ) 7 6 5 重4 一 刨： 曩 2 ( 1( )f l ( )8 ( )i ( 1 ( ) l 救( k n j 44 ： f j 王l ：k 做坏i 、t 0 域，隘遥天系 被形钢胆板愤戍j j7 皑凝上组什辅耀结柏分机与矾转研究 4 5 挠度变形分析 由l “梁和24 梁荷载与挠度关系图可以看出，试验梁在o 5 0 k n 加载范围 内试验梁的跨中和l 4 处的挠度一载荷曲线基本呈线性，最大挠度远远小于桥 规规定的l 6 0 0 ，且在该范围内的晟大加载情况f 没有观测到裂缝。说明波形 钢腹板箱梁在设计荷载( 4 0 k n ) 作用下能保汪处于整体处于弹性范围之内。 4 6 试验梁的极限破坏状态 试验梁的破坏形态为典型的弯曲破坏。首先在跨中附近的底板底面 _ | = ；现横向 裂缝，见图4 ，6 所示。随着荷载的加大，底板的裂纹向跨中两侧扩展，同时在底 板的两个外侧面出现竖向裂纹，主要分布在支座到四分之一跨处，间距比较均匀。 随着底板裂缝的增多和加密，结构刚度降低，试验梁的挠度迅速增大，结构承 载力迅速降低，最终导致破坏。 波_ l | 铡腔扳倾艇，d 雄上卅什；f i 粱结栅分折，试聃研宄 阳b 底板侧面裂缝 图4 6 梁底板裂缝分布图 4 7 波形钢腹板与上下混凝土翼板连接方式 钢腹板与上下翼板连接部直接关系到梁的承载，是设计中非常关键的环节。应 考虑到钢材和混凝土材料之间发生水平剪切力能否得到有效控制，确保两种不同 材料之问不会产生相对位移。 波形钢腹板与上下混凝土翼板的连接通常以抗剪连接件的方式结合，在波形钢 板的上下端部焊接钢质翼缘板，翼缘板上焊接剪力钉，使之与混凝土板结合在一 起。而本设计参考了f l 本本谷桥的做法在波形钢板 ：钻孔，穿过钢筋，再在钢板 的上下端部焊接纵l i u 铡筋并埋入混凝l ：的结合方法( 见i 矧4 7 ) 。 柏：试验梁的橄限* i 找试验h 舭察到波眵钢腹板删混掇i j 底扳的连接处没 仃虮改恕t 门纵裂缝，波形俐幢扳也没仃观e 坏。这友l 叭仵波形悄 i j l 板i ：j l ：孔j i ：白。迈钏筋陶戚机0 j 连接什的力，址j 。n j j j l 过合州的钾和改 l j e 个l l j 以保波j 眵钢暇扳衔梁| _ | j “艘和铡脱扳的稳j 正。n 。疆二k 尔市人学邱川论业波形钢艘板颅心山7 显凝上组卉辅棠结呦分析与酞验研究 图4 7 波形钢腹板与混凝土翼板连接方式 4 - 8 波形钢腹板箱梁跨中截面沿高度的纵向正应变分布特征 邸矿 一5 移 一【0 k n 一2 0 k n 一3 0 k n k f 5 ( k n _i 蕊n i 窿：。、 奠、 八卜、 ? i 世( 1 ii ， hlf 0 - e 姒、j ，1 k 潲“雌坚f 川 k m f | c ! | 波形钢心舨颁麻j7 硭艋上卅f 箱辨结牛f j 讣析1 ，试蝙研究 5 0 0 4 0 0 3 0 0 l 掣 毫