课程（毕业）论文-基于拉压杆模型的节段箱梁接缝边缘配筋设计

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1、第五章基于拉压杆模型的节段箱梁接缝边缘配筋设计5.1本章研究内容伴随着节段式预制箱梁在实际工程应用的飞速发展，对节段预制箱梁的研究也越来越多，其屮包括节段式施工技术、节段式梁体的受力、局部的受力分析、接缝的抗剪研究等等。但是对于节段式箱梁的接缝边缘竖向配筋研究涉及非常的少。由于节段预制箱梁的接缝边缘的构造不同于一般梁体的情形，整个梁体是由众多节段组合连接而成，不管是胶结缝述是干接缝，在接缝的边缘必然存在不同于一般连续梁体的受力行为，所以针对接缝边缘的受力情况研究以及对其的配筋设计很有必要。国内外对接缝边缘力筋的研究较少，本

2、章将通过有限元模拟梁体的节段，结合本课题组的试验以及J.Turmo等人的试验，详细的对节段边缘梁体受力作个详细的认识；然后再利用拉压杆模型理论对含有剥离力的节段梁体进行构型，构型方法采用“弹性应力法”和“拓扑优化法”相结合的方法；最后结合拉压杆模型，以木课题组试验梁体及某长江大桥节段梁体为例，对其进行配筋设计。5.2接缝边缘的相关研究.5.2.1接缝边缘的一般设计节段式箱梁和其他普通箱梁一样，在全梁段都需要布置用來抵抗剪力或者用来满足构造要求的箍筋宀口。但是节段式梁体又有着区别于普通连续梁体的典型特点，它在接缝处是“断开”

3、的，通过外力和胶结力结合在一起的，导致的结果是梁体在受力之后，接缝位置很大可能是裂缝张开的部位。在裂缝张开之后接缝两侧的梁体应力将重分布，所以对于节段式箱梁的接缝两侧受力将不同于一般整体式混凝土箱梁。目前对节段式箱梁接缝两侧的竖向箍筋，-•般按照梁体结构的斜截面抗剪来计算配置的。同济大学的李国平教授®刁认为在墩顶节段的接缝旁必须设置相应的竖向提拉钢筋或者预应力钢筋，并保证其两端锚固可靠，以满足承受剪力引起的下拉作用。同时简支节段式梁靠近支点的区域，剪弯共同作用可能出现下仲至接缝的斜裂缝，相应节段接缝边缘的竖向钢筋(篩筋)应

4、加强，并保证其两端锚固可靠。具体下图5・1及图5・2所示。但是李国平教授所说的加强并没有一个定量的标准，也没有研究和设计的具体方法，只是一个经验的总结；同时认为这种竖向筋的加强只是满足抗剪的需要。图5/墩顶接缝加强筋⑴图5-2弯剪共同作用接缝加强筋⑴5.2.2试验现象卡斯蒂利亚拉曼查大学(UCLM)的J.Turmo等人"1在2006年对干接缝节段箱梁接缝传递剪力的研究中发现，在干接缝节段式梁体接缝张开之后，在梁体受压区的下缘会产生斜向的裂缝。如下图5・3所示。我们课题组在做体内体外混合配束节段箱梁试验⑴糾是也发现了此类现象

5、，我们的试验梁体接缝是胶结缝,虽然是胶结缝，不管胶水的强度相比混凝土的强度怎么样，受力之后梁体接缝处的应力必然和连续梁体不相同。在试验中，梁体开裂的位置就为纯弯段梁体的接缝位置，在接缝的开裂之后一段时间之后，在接缝的受压区的下缘也出现了类似的斜向裂缝。如图5・4所示。图5-3J.Turmo试验现象⑵图5-4本课题组试验现象〔3]J.Turmo等人在试验的基础上通过有限元模拟发现，剪力的传递和接缝边缘的箍筋加密与否没有直接联系。同时认为这种裂缝是由于混凝土结构自平衡所产生的“剥离力”，如下图5-5所示；克服这种剥离力产生的裂

6、缝需要布置相应的箍筋或者吊筋。如下图5・6所示。但是这种吊筋或箍筋与抗剪的箍筋是两种不同的概念。图5・5丄Turmo试验梁体局部拉应力矢量图®5]图5-6接缝边缘布置的吊筋⑷5.3试验概况本设计的试验梁是以某座现役桥梁为基本原型，在其横截面儿何尺寸的拟定上上参考了该现役桥梁的相关尺寸，按照1：10的比例将其缩小。具体情况详见231节。梁体试验采用的三分点对称加载，如图5・7所示，在试验过程屮梁体接缝张开的位置为纯弯段的接缝，弯剪段的接缝为张开，如图5・8所示。IP1■■画!IIBl-图5-7梁体及其加载情况图5-8接缝张开

7、情况纯弯段节段的标准段截面尺寸如图5・9,其中节段长度为50cm,横截面顶板宽度为150cm,底板宽度为70cm,节段高度为60cm,顶板和底板的厚度均为10cm,腹板厚度为8cm,翼缘高度由90mm变化至140mm,顶板及底板厚度均为lOOmmo其他尺寸如下图5-9所示。150图5-9纯弯段梁体节段截面5.4基于拉压杆模型的配筋设计5.4.1有限元分析确定B区和D区由第一章拉压杆模型基本理论可知，B区即为截面的应变符合平截面假定的截面区域，相反D区为应力受到扰动的区域，应力应变错综复朵，不再符合平截面假定。目前对混凝土结

8、构确定B区、D区最直观的方法是利用ANSYS有限元软件对目标对象建模进行弹性应力分析，由分析结果中的应力云图可轻易判断D区位置。1、建立单元的实体模型利用ANSYS自带的单元类型，对于带纯弯段箱梁节段采用实体单元SOLID65建模。由于是纯弯段节段的单独分析，所以模型直接建立纯弯段的标准节段梁体。如图5