钢腹杆PC组合箱梁抗弯性能研究.pdf

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1、四川建筑科学研究第40卷第3期38SiehuanBuildingScience2014年6月钢腹杆Pc组合箱梁抗弯性能研究张妙平(福建建工集团总公司，福建福州350001)摘要：以深圳南山大桥为工程背景，进行了钢腹杆组合箱梁的抗弯试验和空间有限元计算，对新型组合梁的受力全过程、结构破坏模式和极限承载力进行了分析。结果表明，其受力性能与混凝土箱梁大致相似，经历了弹性阶段、裂缝开展阶段、钢筋屈服阶段和结构失效阶段。对不同截面箱梁进行理论和有限元对比分析表明，Pc箱梁、波形钢腹板Pc组合箱梁和钢腹杆Pc组合箱梁三者的承载

2、力相近，钢腹杆Pc组合箱梁的刚度相对较低。这表明由钢腹杆轴向伸缩引起的附加变形不可忽略。关键词：钢腹杆；组合箱梁；抗弯性能中图分类号：TU398文献标志码：B文章编号：1008—1933(2014)03—038—03OU前刖言舌1试风验骚概况扰箱形梁以其抗弯和抗扭刚度大而在大跨度桥梁试验梁原型为深圳南山大桥，跨中梁高3．5m，中得到广泛应用。Pc箱梁自重较大，其混凝土腹板按1：6比例进行节段缩尺设计。试验梁梁高58cm，占总截面积25％～30％_】，因此工程界提出了用钢顶板宽度211cm，厚度8cm；底板宽度116

3、cm，厚度腹板代替混凝土腹板的钢一混凝土组合结构。波形9cm。其横截面如图2所示。钢腹板PC组合箱梁可以节约成本约10％一2ll20％【J42519，并有效提高预应力效率，但考虑到波形钢．34蔓1942511rI11¨腹板的稳定性，其截面不宜太高，这就限制了跨径的—发展。73、。l若采用钢腹杆代替混凝土腹板，则形成了钢腹J1虫’虫杆Pc组合箱梁，它是由混凝土顶底板和钢腹杆组95【【4854；5【9511i6一成的箱形结构，用节点连接件使腹杆与顶底板之间有效连接并共同受力，如图1所示。由于腹杆的屈图2试验梁截面(单位

4、：cm)曲强度高，且抗风性能好，因此在大跨度桥梁中有更试验梁全长8．2m，计算跨径7．8m，高跨比1／为广泛的适用性。目前国内外建成钢腹杆PC组l3．4。钢腹杆为5mm×3．5mm圆钢管，横桥向合箱梁结构桥梁11座J。本文将进行钢腹杆PC竖直布置，相邻腹杆间夹角39．4。。纵向设置4道组合箱梁模型试验，并开展有限元分析，对该新型结横隔板。钢腹杆与混凝土之间采用栓钉翼缘型连接构的整体抗弯性能进行研究，为其在工程中的应用件j。试验梁立面如图3所示。提供理论依据。270I240l270lO225l10230110225l

5、d1130tApJBCiID130tI∥＼∥＼∥＼∥∥虎狐7}《AlBcID3l9X40-760I30图3试验梁立面(单位：em)图1钢腹杆PC组合箱梁结构示意通过两个50t油压千斤顶对试验梁进行L／3和2L／3两点对称加载，横向加载位于截面顶板中心。应变量测跨中截面和L／4、3L／4截面；竖向位移量测收稿日期：2013-02—277个截面，按主梁跨径等间距布置(图3)。在试验作者简介：张妙平(1984一)，男，福建宁德人，工程师，硕士，研究力向为钢一混凝土组合结构。过程中，按每级5kN逐级加载，进入塑性阶段连续E

6、—mail：112305229@qq．eom加载直至试验梁破坏(图4)。四川建筑科学研究第40卷波形钢腹板Pc组合箱梁由剪切变形产生的挠度与弯矩产生的挠度相比不可忽略¨。当剪力单独作用时，假设剪力引起的箱梁跨中附加挠度为(a)PC箱梁Y，则在集中力F作用下：FY=。(2)式中G——波形钢腹板的剪切模量；(b波形钢腹板Pc组合箱梁A——波形钢腹板的截面积。图8不同截面箱梁的有限元计算模型将钢腹杆PC组合箱梁中由钢腹杆产生的附加变形简化成如图11所示的桁架受力图。根据变形组合箱梁，三者跨中截面荷载一挠度曲线如图9所体虚

7、功原理引，剪力单独作用下，假设主梁跨中附示。在加载初期，三者跨中挠度比值为0．55：0．71：加挠度为Y，则：1，PC箱梁刚度最大，钢腹杆Pc组合箱梁最小；加载后期，PC箱梁因腹板开裂，挠度增大速率增快，而Y=∑(3)波形钢腹板组合箱梁与钢腹杆组合箱梁的比值基本式中F——集中力F作用下钢腹杆的轴力值；没有变化；达到极限荷载时，三者跨中挠度比值为——虚设单位力作用下钢腹杆的轴力值；0．95：0．97：1。以体外预应力钢筋屈服为达到极限Z——钢腹杆的长度；荷载的标志，三者的承载能力相近，比值为1．02：E——钢腹杆的弹

8、性模量；1．04：1A——钢腹杆的截面积。图11钢腹杆附加变形计算简图弹性阶段，PC箱梁、波形钢腹板组合箱梁及钢腹杆组合箱梁三者跨中挠度理论计算的比值为1．98：2．57：3．745=0．53：0．69：1，理论值与有限元图9跨中截面荷载一挠度曲线计算值基本一致。从上述分析可知，对钢腹杆组合箱梁，受弯时只计入混凝土顶底板的抗弯能力，钢腹4．3挠度杆主要受轴向