斜裂纹对混凝土板抗弯承载力影响的试验研究.pdf

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1、68世界桥梁2015，43(6)斜裂纹对混凝土板抗弯承载力影响的试验研究位东升，彭旭民，邹力。，杨宏印。(1．中铁大桥科学研究院有限公司，湖北武汉430034；2．桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室，湖北武汉430034)摘要：为了解斜裂纹对混凝土箱梁顶板抗弯承载能力的影响情况，采用局部结构缩尺模型试验方法，制作了长1l17mm、宽600mm、高140mm的箱梁顶板模型，通过弯剪加载实现混凝土箱梁顶板裂纹，对开裂试件进行化学灌浆，将试件分为完好、开裂、修补3种类型进行抗弯承载力试验。通过测试不同类型试件的加载力、位移和混凝土应变，分析斜裂纹对混凝土板的抗弯刚度及承载性能的影响，为该类病害处

2、治提供试验依据。试验结果表明：3种试件竖向加载力与跨中位移、混凝土应变的变化关系基本一致，且极限承载力基本一致，斜裂纹对试件抗弯刚度、内力分布、抗弯极限承载力影响很小i3种试件的斜裂纹两侧未发现试件沿裂纹方向斜向错位现象，试件跨中底面横向开裂，斜裂纹对试件抗弯极限承载力的破坏形态影响很小。对此类病害，在桥面板承载能力验算满足规范要求的前提下，进行耐久性修复即可。关键词：箱梁桥；混凝土箱梁；顶板；斜裂纹；抗弯承载力I模型试验中图分类号：U448．213；U445．71文献标志码：A文章编号：1671—7767(2O15)06—0068—051引言~IIJE。]，采用1：2的缩尺模型，长111

3、7mm、宽600实际桥梁工程中，成桥运营时混凝土箱梁顶板mm、高140mm。模型试件钢筋构造如图1所示。以整体压、弯受力为主l_1]。混凝土结构箱梁顶板33．5+14×75+33．5=1117受到撞击、局部轮压等不利因素影响时易受损开裂，影响结构强度，使构件的力学性能不断衰减，危及桥梁承载能力和耐久性。箱梁顶板斜裂纹对主梁压弯承载力的影响程度是确定结构处治方案的关键。目前，国内外在斜向裂纹对构件压弯承载力影响程度注：Nl、N2、N3分别为横筋、方面研究较少，对于此类钢筋混凝土构件，很多国家纵筋、架立筋，直径分别为10lm、8nlm、6nlnl。的设计规范都采用了简化方法]，即对扭矩、剪(b

4、)横断回单位：[nlu力、轴力和弯矩共同作用下的偏心受压构件，分别按受扭、受剪和压弯计算所需钢筋，并考虑到轴向压力图1模型试件钢筋构造作用对抗扭强度的有利影响，适当折减纵筋用量。2．1裂纹模拟本文以某桥为例，采用局部结构缩尺模型试验通过弯剪加载实现混凝土箱梁顶板裂纹(见图方法

5、6q]，分析箱梁顶板斜裂纹对受损构件抗弯承2)，最大施加荷载为285kN。根据试件加载有限元载力的影响，评价斜裂纹对箱梁抗弯承载性能的影结果分析开裂方向与加载位置的关系，通过滚轴移响，为箱梁顶板斜裂纹处治提供试验依据。动实现试件上斜向裂纹，裂纹宽度和方向与实桥现有裂纹(与横桥向夹角约60。)基本一致。考虑到实2模型试

6、验桥顶板裂纹已顶、底面贯通，故对试件进行正、反面2．1模型制作加载2次，使顶、底面均有裂纹。该桥主梁采用单箱四室混凝土箱梁结构，外力2．3加载方案设计作用下，混凝土箱梁顶板出现大量与横桥向夹角约为研究斜裂纹及修复措施对试件抗弯承载力的60。的裂纹。实桥结构单箱顶板厚280133．1"12、长2234影响，选取一个开裂试件进行化学灌浆，将试件分为mm、宽l200mm，模型制作时按配筋率不变的原完好、开裂、修补3种类型(见图3)进行抗弯加载对收稿日期：2015—04—01作者简介：位东升(1982一)，男，工程师，2007年毕业于东北大学土木工程专业，工学学士，2009年毕业于东北大学工程力学

7、专业，工学硕士(Email：wdsh一2008@163．corn)。7O世界桥梁2015，43(6)根据规范[1计算，弹性范围内试件跨中极限承状态时的压应力水平基本一致。载力为45kN。由图5可看出，加载力小于45kN初始加载时，实测加载力与实测应变基本呈线时，3种试件加载力与位移曲线基本重合；随着加载性变化关系，且3种试件的变化关系曲线基本一致，力的增加，受拉混凝土退出工作，受拉钢筋进人塑性说明试件均处于弹性工作阶段；随着加载力的增加，变化阶段，此阶段3种试件加载力与位移变化曲线试件下表面受拉开裂导致部分应变片退出工作，上基本一致。因此，根据加载力与位移变化曲线可知，表面应变片因混凝土可

8、承受较大的压应力而继续工斜裂纹对试件抗弯刚度的影响很小。作，应变曲线呈非线性变化，但3种试件相同位置处3．2应变测试结果及分析的应变变化曲线基本一致，说明试件在塑性变化阶抗弯承载力试验时，3种试件跨中加载力与试段的内力分布是相同的，即斜裂纹对试件的内力分件上下表面混凝土应变关系曲线如图6～图8所示。布影响很小。3．3抗弯极限承载力结果及分析试验得到1、2、3号试件的极限抗弯承载力分别为146，152，155kN，相差在6