后安装剪力键加固桥梁主梁的试验研究

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1、后安装剪力键加固桥梁主梁的试验研究谭康荣79后安装剪力键加固桥梁主梁的试验研究编译谭康荣(中铁大桥局集团有限公司，湖北武汉430050)摘要：早期修建的一些桥梁采用非结合混凝土板安装于钢梁上形成桥面系统，加固这种桥面系统的一种可行、经济的方法是后安装剪力键连接既有混凝土板与钢梁。为验证采用后安装剪力键加固方法的可行性，制作5片大尺寸非结合梁模型，其中4片采用后安装剪力键(30剪切连接比例)的方法进行加固，1片作为标准试件进行对比，在静载情况下对5片梁进行试验及有限元分析。结果表明：加固后桥梁梁体的强度和

2、刚度可以得到显著提高；在零弯矩区域内布置后安装剪力键可减小钢一混界面滑移，极大增强部分结合梁的延展性。关键词：桥梁工程；部分结合梁；后安装剪力键；加固；试验中图分类号：U445．72；U446．1文献标志码：A文章编号：1671—7767(2O13)01～O079—071引言结合设计。美国桥梁设计规范(AASHTO2007)及早期修建的大量桥梁采用非结合混凝土桥面板《建筑钢结构规范5(AISC2005)中均有剪力键安装安装于钢梁上形成的桥面系统，许多此类桥梁的设数量的相关规定。如果剪力键的安装数量少于完

3、全计荷载远小于目前美国桥梁设计规范中所规定的标结合梁设计要求的数量，则定义为部分结合梁，即界准设计荷载，导致部分桥梁必须在桥面设置限载标面剪应力受到剪力键强度的限制，部分结合梁的极识以限制重车通行，额定荷载严重不足的桥梁则需限强度由剪力键的强度控制。与完全结合梁相比，要重建。另外一种解决方法是采用后安装剪力键连在活载作用下，部分结合梁钢一混界面的滑移量较接既有混凝土板与钢梁，使两者进一步结合，从而增大，导致部分结合梁的弹性刚度减小。在增强混凝强桥面系统，此方法可行、有效、经济适用。对于一土桥面板和钢梁之

4、间的结合作用后，桥梁主梁的强些新建桥梁，浇筑混凝土桥面板之前可在钢梁顶部度和刚度会增强。因此，与非结合梁相比，即使采用焊接剪力钉来实现结合作用，而对于已建成的桥梁，较小的剪力连接比例7／(刁定义为钢一混界面上剪力混凝土桥面板已经施工完成，这种方法并不适合。键的数量与完全结合梁设计中所要求的剪力键数量若更换既有混凝土桥面板并重新焊接剪力键以实现的比值)，部分结合梁的强度和刚度也会显著增强。结合作用，则成本非常高。在对美国德克萨斯州既在正弯矩工况下，部分结合梁的抗弯刚度可在塑性截面分析的基础上进行计算，此时

5、假定钢梁全有非结合梁桥的现场考察中发现：许多建于2O世纪部屈服，混凝土板中的压应力则取决于最大力矩点70年代以前的既有非结合梁桥依然保持着良好的与每一边零力矩点之间所有剪力键的强度。美国运营状态(Hungerford2004)，因此，利用这种经济AISC(2005)中规定建筑物中部分结合梁抗弯刚度又实用的后安装剪力键的方法加固桥梁主梁比较合的计算也采用此种方法，而AASHTO(2007)中规适。本文阐述了在既有非结合梁桥上后安装剪力键定桥梁主梁按钢梁一混凝土板完全结合进行设计，加固主梁设计中的性能参数和

6、设计方法，以及大尺没有钢梁一混凝土板部分结合的设计准则。基于设寸模型试验有限元分析。计本身，在弹性范围内部分结合梁的刚度通常采用有效惯性矩进行估计，Grant等(1977)在经验数据2理论研究的基础上提出了有效惯性矩的计算公式[公式(1)]，2．1结合梁的设计在AISC(2005)规范中也推荐此公式。根据钢一混凝土界面的剪应力数值，结合梁可以分为完全结合梁和部分结合梁2类。当钢梁完全jff—+√(∑Q／cf)(一)(1)屈服或者混凝土桥面板达到其极限抗压强度，可通式中，为钢梁的惯性矩(mm)；为无裂缝全

7、结过安装足够的剪力键传递界面间的剪应力，实现全合换算截面的惯性矩(mm)；∑Q为最大正弯矩点收稿日期：2012一O8—22编译者简介：谭康荣(1966一)，男，高级工程师，1989年毕业于西南交通大学桥梁工程专业，工学学士(E—mail：tankangronglu@163．corn)。80世界桥梁2O13，41(1)和每边零弯矩点之问剪力键的剪力值总和(kN)；C类型的后安装剪力键，并对j519mm的剪力键在静为完全结合梁的混凝土板中的压应力，取AF和荷载和疲劳荷载下的结构性能进行了分析。在这些0．85

8、fA中的较小值(kN)，其中，A为钢梁截面初步试验的基础上，选取了3种静力强度和抗疲劳面积(1Tim。)，F为钢粱的屈服强度(MPa)，为混强度较好且安装相对简便的剪力键进行进一步研凝土的抗压强度(MPa)，A为有效宽度内混凝土板究，这3种剪力键分别为双螺帽螺栓(DBINB)、高的面积(mm)。强摩擦夹紧螺栓(HTFGB)和粘结锚杆(HASAA)。公式(1)中平方根下的数值是剪力连接比仉(1)双螺帽螺栓(DBINB)[见图2(a)]采用美完