波纹钢腹板预应力混凝土箱梁抗剪受力性能.pdf

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1、广东建材2012年第6期工程试验与研究波纹钢腹板预应力混凝土箱梁抗剪受力性能王浩瀚廖若华李启祥(广东工业大学)摘要：波纹钢腹板箱梁是一种新型的桥梁结构，具有自重轻，改进结构性能，方便施工，降低工程造价及造型优美等优点。采用力学的基本理论和方法，分析箱梁波纹钢腹板对抗弯的贡献并研究腹板上的剪应力沿高度的变化规律；理论推导初步得出波纹腹板对截面轴向刚度和抗弯刚度的贡献和剪应力沿梁高分布变化的结论。根据实验结果和有限元分析结果验证理论分析的合理性。关键词：波纹钢腹板；抗剪性能；有限元分析1引言布钢筋均采用HRB335钢筋，顶板纵向钢筋直径为lOmm，底板纵向钢筋直径

2、为12mm，梁端分布钢筋直径为波纹钢腹板体外预应力组合梁桥由混凝土顶底板、lOmm，抗拉强度标准值；贯穿钢筋采用HPB235钢筋，直波纹钢腹板和预应力钢束构成，是对传统的体外预应力径为8mm，抗拉强度标准值。混凝土桥梁的改进，其中腹板的材料波纹钢具有较高的加载设备采用50吨动静载压力机。试验中试验梁剪切强度。到目前为止，国外已经建成多种形式的波纹支座采用固定铰支座，支座放置在混凝土台座上。试验钢腹板体外预应力箱梁桥，截面也由等截面发展到变截荷载施加是通过分配梁以集中力的形式作用在试验梁面，这种结构已经得到长足的发展。近年来，我国开始了的两个三分点上，加载吨位控

3、制在弹性范围内。实验加对波纹钢腹板体外预应力箱梁结构的研究，投入力度逐载梁及加载设备见图2所示。试验粱在弹性范围内进行年加大。加载，分为4KN、8KN、12KN、16KN和20KN五个等级，每级2试验荷载稳定5min后读数记录。2．1试验梁概况本次波纹钢腹板组合箱梁试验，以初步了解该类箱梁的抗剪受力性能。试验梁全长3．1m，梁高35cm，顶板宽60cm，底板宽46cm，梁端设置两道混凝土横梁。其立面及腹板尺寸如图1所示：十一孽_上—1图2试验梁加载示意图f_J2．2实验结果分析由图3、图4可知，在弹性范围内，钢腹板纵向正应变很小，几乎接近于零，在较大的荷载范围

4、内钢腹板纵向正应变相对于混凝土纵向正应变很小，说明弯矩主要由混凝土顶底板承担。验证了理论分析对腹板所承受弯矩大的合理性。由图5可知，在模型梁的剪跨段内，波纹钢腹板上图1试验梁立面图及横’断面图单位：cm的剪应变在腹板的中部比较大，上下两端相对较小，且随试验荷载P的增加而线性增加。这说明腹板还是承受试验梁所采用的混凝土标号为30号，波纹钢板采了非常小的一部分弯矩，但在沿腹板高度方向仍可近似用Q235优质钢，厚度为3mm，顶底板纵向钢筋和梁端分认为剪力均匀分布。实验结构验证了理论分析对腹板剪一51一工程试验与研究广东建材2012年第6期3O—^0一诞522FI．K

5、P120；}∞∞∞胁∞K∞P∞柏∞丽∞仲0。___G1。。表达式中，前部分是考虑弯矩引起的挠度，后部分-1O-20为考虑剪切变形引起的挠度值。式中：F为试验荷载，l．30为梁的计算跨径，E为混凝土弹性模量取3．4×101o，I商度(cm)为不计钢腹板的截面惯性距，A为没有埋入混凝土部分图3L／4截面侧腹板纵向应变的波形钢板的面积。其中G为波纹钢腹板的有效剪切∞20模量，根据JohnsonR．F．等建立了有效剪切模量的计10—算公式：G。=G(b+d)／(b+dsecQ)，式中，b为波纹钢腹板。一{争(一10的平板段的长度，d为斜板段沿纵向的投影长度。目．20在

6、剪跨段，试验梁同时承受弯矩与剪力的作用，由-31)表1比较可知：虽然荷载等级较小时实测值仍和未考虑高度(cm)剪切变形的理论值较好吻合，但荷载等级较大时，考虑图4L／2截面侧腹板纵向应变剪切变形的理论值将使设计偏于安全。表1试验荷载作用下试验梁L／4截面的挠度计算值与实测值比较荷载等级(kN)3672lO8l4418O实测值(ram)O．540．971．612．283．11未考虑剪切变形0理论值(mm)．531．061．572．122．65考虑剪切变形O(mm)．661．321．982．643．31挠曲试验结论：波纹钢腹板箱梁在弯剪作用下，其商度{til1)挠

7、度计算中剪切变形的影响是不可忽略的。图5L／4截面处的剪应变分布应力沿梁高均匀分布作出的结论。3结语2．3挠曲分析(1)忽略波纹钢腹板弯曲刚度，剪应力沿波纹板高度均匀分布。在弯剪作用下，剪跨段箱梁的挠度，不可忽略梁韵线微舫程一E1是从纯弯曲的剪切变形的影响；(2)与试验实测值相比，考虑剪切变形，推导出简支平面假设导出的，它只考虑了弯矩的影响，忽略了剪力梁L／4处挠度简化计算公式：，简化计算公式计算的理对挠度的影响，根据试验支座模拟情况，以及加载方式，论值偏安全。●将试验梁简化为图6线弹性结构模型：【参考文献】[1]ElgaalyM，HamiltonRW，Ses

8、hadriA．Shearstrengt