双箱组合梁试验研究与理论分析汇报

1、 汇报人：喻汇报人：喻 江江 导导 师：胡少伟师：胡少伟 专专 业：桥梁与隧道工程业：桥梁与隧道工程南京水利科学研究院材料结构研究所南京水利科学研究院材料结构研究所1 1 研究点的探索研究点的探索2 组合梁试验探究3 剪力滞理论分析4 结果分析5 鸣谢汇汇 报报 提提 纲纲1 1 研究点的探索研究点的探索武武汉汉长长江江大大桥桥桥梁赏析桥梁赏析1 1 研究点的探索研究点的探索桥梁赏析桥梁赏析1 1 研究点的探索研究点的探索桥梁赏析桥梁赏析61 1 研究点的探索研究点的探索桥梁赏析桥梁赏析1 1 研究点的探索研究点的探索桥梁赏析桥梁赏析l济南黄河桥l（宽34.5m）l广东海印大桥l（宽35.0m

2、）l乐从立交桥翼板砼剥落l佛陈大桥翼板裂缝l联邦德国的Main桥l（宽38.5m）1.2 工程案例工程案例宽翼缘组合梁中剪滞效应研究宽翼缘组合梁中剪滞效应研究1 1 研究点的探索研究点的探索倒T型钢-混凝土组合梁I型钢-混凝土组合梁单箱型钢-混凝土组合梁v 结构形式结构形式1.3 研究思路研究思路1 1 研究点的探索研究点的探索双箱型钢梁混凝土翼板焊接帽型剪力栓钉一种新型的宽翼缘双箱组合梁结构被首次提出。1 1 研究点的探索研究点的探索v 研究方法研究方法一一研究手段二试验研究理论推导三对比分析1 1 研究点的探索研究点的探索1 研究点的探索2 2 组合梁试验探究组合梁试验探究3 剪力滞理论分

3、析4 结果分析5 鸣谢汇汇 报报 提提 纲纲2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究宽翼缘钢-混凝土组合梁试验研究一、宽翼缘双箱组合梁 设计方案二、组合梁试件图纸三、试验报告书四、试验操作指南一、实验仪器的测试与布置二、组合梁试件的安装三、应变片、位仪计、导杆 引伸仪等的安装四、伺服仪分级加载一、数据采集与保存二、数据图形化三、数据分析与反馈试验方案的确定试验方案的确定静力加载试验静力加载试验试验数据处理试验数据处理2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究2.1 试验方案及准备试验方案及准备试件总长净跨翼板纵箍栓 钉预应加载编号/mm/mm/mm筋筋间单排个数连接程度力筋方式距CB-624800450

4、0 100015010108200167281无跨中加载CB-6348004500 100015010108200167281无对称加载CB-6448004500 100015010108200214220.8无对称加载CB-7148004500 100015010108200346140.5无跨中加载PCB-7048004500 100015010108200281170.6体外跨中加载PCB-6548004500 100015010108200167281体内跨中加载PCB-6648004500 100015010108200214220.8体内跨中加载PCB-6748004500 100

5、015010108200167281体外跨中加载PCB-6848004500 100015010108200214220.8体外跨中加载PCB-6948004500 100015010108200281170.6体外跨中加载PCB-7248004500 100015010108200346140.5体外跨中加载PCB-7348004500 100015010108200450110.4体外跨中加载试件一览表试件一览表15015032015045001501501503201504500150双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋1000

6、150300170CB-62、63纵 剖 面 图1-1剖 面 图11CB-64纵 剖 面 图10001503001702-2剖 面 图221122栓 钉 间 距167m m栓 钉 间 距214m m1501503201504500150双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋CB-71纵 剖 面 图1122栓 钉 间 距346m m2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究普通组合梁构造详图普通组合梁构造详图2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究预预应应力力组组合合梁梁构构造造详详图图1501503201 5 04 5 0 01 5 0双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋1 5 0

7、4 5 0 01 5 0双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋1 5 04 5 0 01 5 0双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋11221 0 0 01503 0 01703 -3侧 视 图预 应 力 加 载 块33P C B - 6 5纵 剖 面 图栓 钉 间 距1 6 7 m m112233预 应 力 加 载 块P C B - 6 6纵 剖 面 图栓 钉 间 距2 1 4 m m栓 钉 间 距1 6 7 m m150150320P C B - 6 7纵 剖 面 图1 0 0 01503 0 01704 -4侧 视 图预 应 力 加 载 块1122441 5 04

8、5 0 01 5 0双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋栓 钉 间 距2 1 4 m mP C B - 6 8纵 剖 面 图1122441 5 04 5 0 01 5 0双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋栓 钉 间 距2 8 1 m mP C B - 6 9、7 0纵 剖 面 图1122441 5 04 5 0 01 5 0双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋栓 钉 间 距3 4 6 m mP C B - 7 2纵 剖 面 图11224455555555转 向 块转 向 块转 向 块转 向 块1 0 0 01503 0 01705 -5侧 视 图1 0 0

9、 01503 0 01701 -1剖 面 图1 0 0 01503 0 01702 -2剖 面 图1 5 04 5 0 01 5 0双 箱 钢 梁帽 型 栓 钉砼 翼 板加 劲 肋栓 钉 间 距4 5 0 m mP C B - 7 3纵 剖 面 图11224455转 向 块预 应 力 加 载 块预 应 力 加 载 块预 应 力 加 载 块预 应 力 加 载 块2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究钢材类别钢材类别钢材材质钢材材质体积体积m m3 3数量数量总体积总体积m m3 3密度密度Kg/mKg/m3 3质量质量kgkg总质量总质量kgkg长长mmmm宽宽mmmm高高mmmm直径直径mm托板

10、Q235-B480080100.003840000 360.1382478501085.1844476.38 腹板Q235-B4800101500.007200000 360.25920 78502034.720 底板Q235-B4800300100.014400000 120.17280 78501356.480 加劲肋板Q235-B15010400.000060000 1440.00864785067.82400 67.8240 加载块1Q235-B300401200.001440000 40.00576785045.21600 429.426 加载块2Q235-B380402300.00

11、3496000 140.04894 7850384.2104 转向块Q235-B380400.000238761140.00334 785026.23984 26.2398 纵筋HPB2354860100.0003817041200.04580 7850359.5647 359.565 箍筋HPB235177088.89699E-053120.02776 7850217.9051 217.905 焊条1HPB235480060.0001357171440.01954 7850153.4143 159.966 焊条2HPB23520565.79624E-061440.00083 78506.55

12、2068 栓钉ML15162.34304E-059600.02249 7850176.5714 176.571 钢绞线1860MP级560015.240.001021522180.01839 7850144.3411 144.341 支座垫块Q235-B3001000.00117809740.00471 785036.99225 36.9923 材料用量总表材料用量总表2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究刚完工的刚完工的12根模具根模具2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究等待浇筑的等待浇筑的12根模型梁根模型梁2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究现场清理现场清理2 2 组合梁试验研究组合梁试验

13、研究模型梁浇筑中模型梁浇筑中2.2 静力加载试验静力加载试验2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究测测试试内内容容截面截面纵纵向向应变应变的的测测量量钢钢-砼砼相相对对滑移量的滑移量的测测量量纵纵向方向向方向竖竖向向挠挠度的度的测测量量模型梁端部水平移模型梁端部水平移动动量量测测量量弹弹性承性承载载力、力、极极限承限承载载力力测测量量试验试验中性中性态观态观察及察及记录记录2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究滑移测点布置挠度测点布置支座移动测点预应力布置点加载点试件测点布置试件测点布置2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究顶板应变片布置侧板应变片布置应变片布置底板腹板应变片布置底板应变片布置混凝土

14、翼板双箱钢梁试件测点布置试件测点布置2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究无限位块有限位块预应力加载布置预应力加载布置2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究相相关关试试验验现现象象初始裂缝裂缝的扩展裂缝的延伸试件破坏2.3 部分结果分析部分结果分析2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究0204060801001201400100200300400500600700800荷载/KNm跨中挠度/mm CB-62 PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-72 PCB-73010203040506070800100200300400500600700800荷载/KNm跨中挠度/mm CB-62 P

15、CB-65 PCB-66(a) 有限位块预应力作用 (b) 无限位块预应力作用双箱组合梁荷载-挠度曲线图（不同剪力连接程度）（1 1）挠度特征）挠度特征2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究（2 2）截面应变分布（）截面应变分布（PCB-69PCB-69）-2000-1000010002000300040005000200150100500-50-100-150-200截面高度/mm应变/ 0.0Mu 0.1Mu 0.2Mu 0.3Mu 0.4Mu 0.5Mu 0.6Mu 0.7Mu 0.8Mu截面应变随高度分布2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究（3 3）混凝土翼板应变（）混凝土翼板应变（PC

16、B-69PCB-69）0-800-1600-2400-3200-4000-48000100200300400500600700800荷载/KNm应变/ PCB-65 PCB-66 PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-70 PCB-72 PCB-73混凝土翼板跨中截面中心处应变增长曲线-10001002003004005006000-500-1000-1500-2000-2500应变/距中心距离/mm 0.1Mu 0.2Mu 0.3Mu 0.4Mu 0.5Mu 0.6Mu 0.7Mu 0.8Mu 0.9Mu混凝土翼板顶面应变分布2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究010020030

17、0400500600020004000600080001000012000应变/荷载/KNm 腹上S21 腹上S22 腹中S23 腹下S24 腹下S25 距中心0mm 距中心75mm 距中心150mm01002003004005006000400080001200016000应变/荷载/KNm双箱钢梁跨中截面底板应变增长曲线（4 4）钢梁应变（）钢梁应变（PCB-69PCB-69）双箱钢梁跨中截面腹板应变增长曲线2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究（5 5）纵向钢筋应变（）纵向钢筋应变（PCB-69PCB-69）-3000-2000-100001000200030004000500001002

18、00300400500600700荷载/KNm应变/ z1 z2 z3 z4 z5 z6纵向钢筋随荷载增长曲线（6 6）滑移特征（）滑移特征（PCB-69PCB-69）2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究-0.4 0.00.40.81.21.62.02.42.83.23.64.04.44.85.20100200300400500600荷载/KN滑移量/mm 距跨中0mm 距跨中563mm 距跨中1125mm 距跨中1688mm 距跨中2250mm05001000150020002500-0.60.00.61.21.82.43.03.64.24.85.4相对滑移量/mm距跨中距离/mm 0.2M

19、u 0.4Mu 0.6Mu 0.8Mu 0.9Mu 0.95Mu 1.0Mu交界面滑移分布曲线交界面滑移随荷载增长曲线2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究（7 7）预应力增量）预应力增量0100200300400500600700020406080100120140160180200预应力增量/KN荷载/KN PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-72 PCB-7301020304050607080900306090120150180210预应力增量/KN挠度/mm PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-72 PCB-73(a) 预应力增量-荷载关系 (b) 预应力增量

20、-挠度关系预应力筋内力增量分布图2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究试件编号McrcrMyyMuuMu/Myu/y/KNm/mm/KNm/mm/KNm/mmCB-62184.68.96306.0516.82510.8453.121.673.16CB-63284.4216.18355.5322581.4894.361.644.29CB-64286.6214.54363.4322.42458.2342.161.261.88CB-71189.617.9331.8216.56497.7369.541.54.2PCB-70260.728.64331.8212.4532.1648.611.63.92PCB

21、-65355.5213.3426.6317.62651.7951.241.532.91PCB-66308.1210.78379.2214.54616.2454.921.633.78PCB-67305.1610.58463.8419.52689.6551.221.492.62PCB-68284.4210.36402.9317.46592.5467.841.473.89PCB-69284.429.3367.3713.38663.6461.181.814.57PCB-72201.466.48343.6714.31538.0274.641.575.22PCB-73189.616.78331.8215.

22、7474.0383.741.435.33特征荷载下主要试验结果特征荷载下主要试验结果（8 8）特征值）特征值2 2 组合梁试验研究组合梁试验研究试件编号P0PcrPyPuPuPu/ P0PCB-65306.80 34.21 47.55 127.48 434.28 1.42 PCB-66379.51 37.89 49.54 116.43 495.94 1.31 PCB-67361.88 29.45 39.27 111.21 473.09 1.31 PCB-68166.38 30.37 55.28 178.25 344.63 2.07 PCB-69166.60 38.96 62.89 186.53

23、 353.13 2.12 PCB-70218.59 28.23 43.41 193.28 411.87 1.88 PCB-72229.33 24.69 50.16 170.43 399.76 1.74 PCB-73225.50 24.39 51.38 155.71 381.21 1.69 （9 9）预应力增量特征值）预应力增量特征值注：P0和Pu分别表示初始预应力和极限预应力；Pcr、Py、Pu分别表示翼板开裂、钢梁底板屈服，以及极限承载能力时对应的预应力增量。预应力增量结果预应力增量结果1 研究点的探索2 组合梁试验探究3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析4 结果分析5 鸣谢汇汇 报报 提提

24、 纲纲3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析单箱组合梁单箱组合梁剪剪力力滞滞现现象象3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析双箱组合梁双箱组合梁剪剪力力滞滞现现象象3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析3.1 3.1 分析剪力滞方法分析剪力滞方法54321比拟杆法调谐函数法正交异性板法折板理论法能量变分能量变分法法3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析NO.1NO.2NO.3两种材料始终按照两种材料始终按照线线弹性弹性假定进行分析假定进行分析两种材料的两种材料的挠屈位移挠屈位移始始终保持相同，终保持相同，并满足并满足平截平截面假定面假定两种材料完全连接，且剪两种材料完全连接，且剪力连接件力连接件纵向均匀

25、分布纵向均匀分布3.2 3.2 分析前提分析前提3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析xyohbhcb1b2b1b2b3b321cc121c3ccc1c3223sbb323sww4(0.5b )( )1( ) ;(0b )b( , )(0.5B)( )1( ) .(b0.5B )b4(0.5b )( , )( )1( ) . (0b )b( )( )sxyw zuzxux zxyw zuzxxux zyw zuzxuzy w z顶板混凝土翼板纵向翘曲位移假定为2次抛物线分布；悬臂混凝土翼板假定为3次抛物线分布，钢梁底板的纵向翘曲位移也假定为2次抛物线分布；钢梁腹板仍然按照初等弯曲梁理论进行分析。

26、3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析00cc1c2L222cc1cc1c1ccc201L222cc2cc2c2ccc2022()16G48JE ( )( )( )( ) ( ( ) 3153b9G39JE ( )( )( )( ) ( ( ) 2145bUUUwzwz uzuzu zdzwzwz uzuzu zdz3.3 3.3 推导过程推导过程混凝混凝土翼土翼板应板应变能变能双箱双箱钢梁钢梁应变应变能能00ssbswL222ssbssbsbsbsbsb203L2swssw0=2316G48JE ( )( )( )( ) ( ) 3153b3JE( )2UUUwzwz uzuzuzdzwzdz

27、0Lp0(z)( )( )( )UMw zQ z w z dz外力外力势能势能3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析边界条件边界条件控制微分方程控制微分方程12s0c12csss23s44(z)()()()0;33k3 5()()1 4()0;21 0 G5()()()0 .4b EcMwzuzuzuzwzuzuzwzuz00Lc1c0Lss03 5()()() )0 ;25()()() )0 .4uzwzuzuzwzuz解析表达式解析表达式1121343122213*c1121334330cs*11121233431 () ()() () CC( )( )A () A() A () A ()A

28、 () A () A ()(z)4A ()4k33( )cch zsh zch zsh zzwzu zsh zch zsh zch zuush zch zsh zcMdzh zuz3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析3.4 3.4 典型算例典型算例yxzL0FOL0混凝土翼板双箱钢梁中和轴yABzOyxzL0FOL0混凝土翼板双箱钢梁中和轴yABzO转向块预应力筋ep转向块预应力单点加载简支双箱组合梁示意图普通单点加载简支双箱组合梁示意图222 0.52202p1c11120011c222 0.53202pcc11130021csb(4P) e4(0.5b )1m () ;2k2kb(0b )

29、( , , )(4P) e(0.5B)1m () .2k2kb(b0.5B )( ,FFxFzyFshzxx y zFFxFzyFshzxx222 0.52202p3b11120033(4P) e4(0.5b ), ) 1m() .2k2kb(0b )FFxFzy zyFshzx220.523202p201000110(4(P /) )e()( )=(-L)k nk12164(0.5)FLshzFzw zzzzzchL3 3 剪力滞理论分析剪力滞理论分析3.5 3.5 表达式表达式1 研究点的探索2 组合梁试验探究3 剪力滞理论分析4 4 结果分析结果分析5 鸣谢汇汇 报报 提提 纲纲4 4

30、结果分析结果分析4.1 4.1 对比分析对比分析075015002250121086420mmz/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr075015002250121086420mmz/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr （a）考虑剪滞效应计算值 （b）试验测试值挠度荷载曲线关系（1 1）挠度对比）挠度对比误差评估误差评估比值误差： 0.95121.1658（2 2）混凝土翼板应变对比）混凝土翼板应变对比4 4 结果分析结果分析01002003004005006007000-200-400-600-800-1000 x

31、/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr01002003004005006000-200-400-600-800-1000 x/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr （a）考虑剪滞效应计算值 （b）试验测试值混凝土翼板表面应变分布05101520253035404550550.60.81.01.21.4REn05101520253035404550550.60.81.01.21.4 误差评估误差评估比值误差：0.80931.07294 4 结果分析结果分析0.062.5125.0030060090012001500 x/

32、mm 1.0Mcr 0.8Mcr 0.6Mcr 0.4Mcr 0.2Mcr0.062.5125.0030060090012001500 x/mm 1.0Mcr 0.8Mcr 0.6Mcr 0.4Mcr 0.2Mcr （3 3）钢梁底板应变对比）钢梁底板应变对比（a）考虑剪滞效应计算值 （b）试验测试值钢梁底板应变分布误差评估误差评估比值误差： 0.9171.2094 4 结果分析结果分析（4 4）截面应变对比）截面应变对比-900-600-300030060090012001500250200150100500-50-100-150H/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mc

33、r 1.0Mcr-900-600-300030060090012001500250200150100500-50-100-150H/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr （a）考虑剪滞效应计算值 （b）试验测试值组合梁截面高度应变分布误差评估误差评估比值误差：0.7261.1844 4 结果分析结果分析4.2 4.2 影响参数分析影响参数分析1501 0 0 03 7 01 03 7 02 6 01 01 1 51 1 51 01 01 1 51 01 1 51 032016010宽翼缘双箱组合梁横截面构造取左图所示的宽翼缘双箱简支组合梁，净跨4.5m ，

34、混凝土顶翼板宽0.13m，悬臂翼板宽0.37m，厚0.15m，双箱钢梁底板宽0.26m，高0.17m，腹板厚0.1m，计算时不考虑自重。算例模型梁算例模型梁4 4 结果分析结果分析二二一一三三四四强度强度尺寸尺寸腹板腹板斜度斜度荷载荷载位置位置 混凝土强度混凝土强度 钢梁强度钢梁强度影响参数影响参数 翼宽比翼宽比 宽跨比宽跨比宽厚比宽厚比 三种腹板斜度三种腹板斜度 五种荷载位置五种荷载位置4 4 结果对比分析结果对比分析（1 1）混凝土强度影响）混凝土强度影响-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.60.940.950.960.970.980.9

35、91.001.011.021.03 C20 C30 C40 C50 C60 C70 C80 x(m)0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.00.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8 C20 C30 C40 C50 C60 C70 C80z(m)不同混凝土材料顶板横向剪力滞中轴线纵向剪力滞4 4 结果对比分析结果对比分析（2 2）钢梁强度影响）钢梁强度影响-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.60.900.920.940.960.981.001.021.041.06x(m) ZT ZG TG HJG0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.00.01.53.04.56.07.59.0 ZT ZG TG HJGz(m)不同钢梁材料顶板横向剪力滞中轴线纵向剪力滞（3 3）翼宽比影响）翼宽比影响4 4 结果对比分析结果对比分析-0.6 -0.