混凝土薄壁箱梁受力性能的試驗研究與分析.pdf

1、本文對混凝土薄壁箱梁進(jìn)行了一系列的試驗研究與分析，包括普通鋼筋混凝土薄壁箱梁抗彎性能、體外預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁箱梁抗彎性能以及配筋鋼纖維高強(qiáng)混凝土薄壁箱梁受扭性能的試驗研究與分析，解決了混凝土薄壁箱梁抗彎和抗扭計算中的若干問題。主要研究成果如下： (1)通過一系列普通鋼筋混凝土薄壁箱梁抗彎性能的試驗研究，包括均布荷載或集中荷載作用下伸臂梁、連續(xù)梁和簡支梁彈性階段受力性能的試驗研究以及在集中荷載作用下簡支梁破壞階段受力性能的試驗研究，

2、證實了混凝土薄壁箱梁抗彎存在剪力滯現(xiàn)象，同時截面腹板處應(yīng)變沿高度分布基本符合平截面假定。通過彈性階段受力性能試驗研究得到的翼緣等效寬度計算系數(shù)試驗值，與JTGD62-2004規(guī)范值比較發(fā)現(xiàn)：伸臂箱梁根部、連續(xù)箱梁中間支座和跨中截面，規(guī)范值偏安全；而簡支箱梁跨中截面試驗值與規(guī)范值吻合較好。簡支箱梁破壞性試驗研究結(jié)果揭示了跨中截面受壓翼緣等效寬度計算系數(shù)全過程變化規(guī)律，證實了普通鋼筋混凝土薄壁箱梁具有良好的抗彎性能和延性。 (2)結(jié)

3、合混凝土薄壁箱梁的特點(diǎn)，選用合適的單元模型和材料本構(gòu)關(guān)系，利用ANSYS大型有限元分析程序，對普通鋼筋混凝土薄壁箱梁抗彎性能全過程試驗進(jìn)行了模擬分析，分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，并探究了引起簡支箱梁跨中截面受壓翼緣等效寬度計算系數(shù)變化的主要原因，關(guān)鍵在于截面相對受壓高度ξ和受壓翼緣最大應(yīng)變εc的不同。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量參數(shù)分析，并給出了簡支混凝土薄壁箱梁在彈性工作狀態(tài)下和承載力極限狀態(tài)下跨中截面翼緣寬度等效計算系數(shù)的計算公式。

4、 (3)應(yīng)用混凝土簡支薄壁箱梁跨中截面翼緣等效寬度計算系數(shù)分析結(jié)果，進(jìn)行了試驗簡支箱梁等效后的工字型截面梁全過程分析，分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。同時，結(jié)合混凝土薄壁箱梁抗彎承載力極限狀態(tài)下的特點(diǎn)—以受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變達(dá)到0.01為標(biāo)志，推導(dǎo)得出了混凝土薄壁箱梁抗彎極限承載力計算公式和設(shè)計公式?；炷帘”谙淞涸谡Ｊ褂脴O限狀態(tài)下裂縫和撓度驗算，可以不考慮其翼緣等效寬度計算系數(shù)，直接按現(xiàn)行規(guī)范相關(guān)公式驗算。 (4)通過體外預(yù)應(yīng)力混凝土

5、薄壁箱梁全過程試驗研究與分析，證實了其體外預(yù)應(yīng)力損失可以按JTGD62-2004規(guī)范中后張法相關(guān)公式計算，其實測結(jié)果與計算結(jié)果基本吻合；試驗揭示了體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量主要取決于構(gòu)件的整體變形和體外預(yù)應(yīng)力筋偏心距的大小，并推導(dǎo)得出了混凝土開裂前和開裂后的體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量計算公式；體外預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量實測值與加拿大A23.3-94規(guī)范計算值吻合較好，按我國JGJ/T92-93規(guī)程計算偏于安全。 (5)通過體外預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁

6、箱梁全過程試驗研究與分析，證實了體外預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁箱梁抗彎存在剪力滯現(xiàn)象，同時截面腹板處應(yīng)變沿高度分布基本符合平截面假定，其受壓翼緣等效寬度計算系數(shù)規(guī)律與普通鋼筋混凝土薄壁箱梁規(guī)律相似。體外預(yù)應(yīng)力箱梁中體外預(yù)應(yīng)力作用關(guān)鍵是延長了構(gòu)件的彈性工作范圍，延緩了構(gòu)件在混凝土開裂后其受壓翼緣等效寬度計算系數(shù)下降的速度，但體外預(yù)應(yīng)力作用基本不影響構(gòu)件在彈性工作狀態(tài)下和承載力極限狀態(tài)下受壓翼緣等效寬度計算系數(shù)，普通鋼筋混凝土薄壁箱梁抗彎極限承載力計

7、算公式和設(shè)計公式同樣適用于體外預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁箱梁。 (6)體外預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在正常使用極限狀態(tài)下，撓度驗算時應(yīng)考慮體外預(yù)應(yīng)力筋在截面剛度中的貢獻(xiàn)，按一般預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件現(xiàn)行規(guī)范撓度驗算公式驗算；裂縫驗算時，體外預(yù)應(yīng)力筋作用應(yīng)視為體外荷載，按一般鋼筋混凝土受彎構(gòu)件現(xiàn)行規(guī)范裂縫驗算公式驗算。和普通混凝土薄壁箱梁抗彎性能比較，體外預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁箱梁具有良好的抗裂性能，能更好地發(fā)揮高強(qiáng)混凝土作用。 (7)通過配筋鋼纖維

8、高強(qiáng)混凝土薄壁箱梁純扭受力性能全過程試驗研究，證實了混凝土薄壁箱形構(gòu)件具有良好的抗扭性能；同時，鋼纖維的摻入能提高構(gòu)件的開裂扭矩。 (8)采用空間軟化桁架理論，結(jié)合鋼纖維高強(qiáng)混凝土本構(gòu)關(guān)系及軟化方程，編制了空間軟化桁架模型分析程序(SSTMAP)，在考慮鋼纖維高強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度作用時，能較好地模擬試件的荷載-變形全過程，并能夠較精確地得到構(gòu)件開裂扭矩和極限扭矩。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的參數(shù)分析，提出了配筋鋼纖維高強(qiáng)混凝土箱形截面純