预应力混凝土槽形梁静力行为研究

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1、铁道建筑2013年第1期RailwayEngineering文章编号：1003—1995(2013)01—0001-04预应力混凝土槽形梁静力行为研究徐勋，肖林，王炎，司秀勇(1．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031；2．浙江大学土木工程系，浙江杭州310058；3．燕山大学建筑工程与力学学院，河北秦皇岛066004)摘要：为了解槽形梁静力行为，进行了一片预制预应力混凝土槽形梁的模型试验，分别考虑跨中最大弯矩及梁端最大剪力两种荷载工况对试验模型进行加载，测试了试验模型的控制断面的应力、变形。并采用非线性有限元分析

2、方法对槽形梁的力学特性进行了研究。试验和研究得到了如下结论：该槽形梁的剪力滞效应较为突出，具有明显的开口薄壁杆件特征，底板的空间板效应明显，在设计荷载作用下结构处于线弹性状态，具有一定的安全储备。关键词：预应力混凝土槽形梁模型试验静力行为有限元分析中图分类号：U448．53文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2013．01．01槽形梁可以看作是底板与作为主要受力结构的腹为30m，标准梁段的横断面构造如图1所示。板之间相结合而成的板梁空间组合结构，能有效减少5000和控制桥梁建筑高度，在梁

3、下净空受限制的情况下，可75充分发挥其结构优势，被广泛应用于铁路桥、公路桥及城市高架桥。国内已经建成的槽形梁一般采用纵梁+底板的构造形式，如广州地铁二号线、南京地铁二号线高架桥；上海轨道交通6号线采用了纵、横梁+底板的构造。槽形梁的结构特点是主梁腹板作为主要受力构件，又兼作隔音墙和防止车辆倾覆，具有建筑高度低、图1槽形梁构造(单位：mil1)断面空间利用率高、外形美观等优点。随着轨道交标准梁高为1．8In，端部梁高1．94m。纵梁采用通建设的发展，槽形梁的应用日益广泛，对槽形梁力学曲线的异型r字形截面，最大腹板厚度仅37c

4、m。底性能的研究也愈发重要，广州地铁和南京地铁的建造板厚度在跨中为26cm，梁端加厚为40cm。主梁采用过程中分别进行了标准槽形梁段的模型试验，重庆轻C55混凝土，底板混凝土掺聚丙烯纤维。主梁沿纵向轨一号线建设过程中也进行了槽形梁的荷载试验，布置10束预应力筋，两道腹板各布置1道纵向预应力但针对槽形梁的理论与试验研究仍相对滞后。筋，底板布置8道纵向预应力筋。槽形梁具有开口薄壁构件受扭性能差，纵梁与底距离底板中心线两侧30cm处，各设置一道宽80板连接构造复杂，底板弯矩受主梁的扭转刚度影响较cm，高30cm的混凝土行车道板。

5、行车道板在主梁槽大，预应力张拉工艺复杂等特点。本文针对某轻轨后张法预应力混凝土槽形简支梁，结合非线性有限元形梁预制完成后现浇，与底板共同承受活载作用。轻分析和模型试验，对其静力行为进行了研究。轨轨道铺设于行车道板之上。从结构受力的角度而言，槽形截面是一种不太合1结构概况理的截面形式，因为在正弯矩作用下大部分截面位于受拉区。从结构方案的角度而言，槽形梁的荷载主要该槽形梁为整孔预制预应力混凝土简支梁，跨度通过底板传递至纵梁下部，纵梁下缘承受吊拉力作用。同时，预应力混凝土槽形梁属于开口薄壁构件，其受扭收稿日期：2012—05—1

6、4；修回日期：2012—09．25性能差，底板剪力滞效应突出，采用普通梁单元理论难作者简介：徐勋(1979一)，男，四川泸州人，讲师，博士。以进行分析。2铁道建筑2模型试验2．1试验加载方案试验主要考察槽形梁在设计荷载作用下的变形与应力分布。按照《地铁设计规范》(GB50157-2003)，11121314151617采用空间有限元分析得到槽形梁在主力+附加力组合T纵向混凝土电阻应变片●混凝土电阻应变花下的跨中最大弯矩为12803kN·m，支座处最大剪力■纵向与横向混凝土应变片O纵向混凝土应变计为1760．3kN，扣除自重

7、引起的恒载效应后，跨中最大图3混凝土应力测点布置弯矩为5250kN·In，支座处最大剪力为870kN。试验模型采用混凝土块与钢锭进行加载，二期恒钢筋计测量。在跨中截面及其左右各30cm处布置钢载采用混凝土块模拟，活载轴重集中力采用钢锭模拟。筋应力测点。共布置钢筋应力测点105个。考虑跨中最大弯矩、梁端最大剪力两种荷载工况。加3)位移测试。位移测试的目的是得到试验模型’载布置如图2所示。的变形量，采用千分表测试位移。分别在主梁支座处、1／4跨及跨中5个截面上布置位移传感器，每个截面上在腹板顶部对称布置2个位移传感器测量腹板的

8、倾覆变形，在底板底部布置3个位移传感器测量主梁的竖向变形，共有位移传感器25个。2．3试验结果及分析由于试验模型测点较多，限于篇幅不能一一列举，图2模型加载横断面示意(单位：cm)本文只给出部分代表性测点的试验结果。1)工况一，跨中截面最大弯矩加载。该工况主要1)应变测试结果以受压为负，受拉为正，应变单