装配式钢桁-混凝土组合梁抗裂性能研究

发布时间：2019-10-02 04:36

【摘要】：为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁剪力键预留孔和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带预埋抗剪栓钉(PCSS)剪力键的装配式钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-concrete Composite Beam,PSTC),为考察其抗裂性能,在介绍基本概念的基础上,阐述了PSTC组合梁的制作方法,进行了1组3个带预应力的PSTC组合梁负弯矩区段加载试验,并分析了在负弯矩作用的开裂极限状态下PSTC组合梁截面应变的构成特征;依据考虑滑移影响后的截面应变协调条件和PCSS联结构造的剪力-滑移本构关系,分别建立了PSTC组合梁微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程,推导得到了考虑滑移后PSTC组合梁的开裂弯矩计算公式。研究结果表明:PSTC组合梁首先需要在预制混凝土板内预埋带栓钉的剪力传递钢板,然后在钢桁梁上安装预制混凝土板并施加纵向预应力,最后对剪力传递钢板与钢桁梁顶面的纵缝施焊联结形成组合梁;PSTC试验梁初始裂缝出现在加载点附近的混凝土板边,开裂荷载随混凝土板预应力的增大而增大,相邻预制板间接缝的初始裂缝均略晚于板内首条裂缝出现,PSTC组合梁无明显的抗裂薄弱部位;得到的计算公式计算结果与试验数据吻合良好,可为同类桥梁提供参考。
【图文】：

图１ＰＳＴＣ组合梁Ｆｉｇ．１ＰＳＴＣＣｏｍｐｏｓｉｔｅＢｅａｍ①预制混凝土桥道板，在预制桥道板肋中预埋带栓钉的剪力传递钢板［１４］；②在钢桁梁上按顺序安装预制混凝土桥道板，相邻板的横向接缝涂抹黏结胶；③对混凝土桥道板穿束施加纵向预应力；④对桥道板肋的预埋剪力传递竖钢板与钢桁顶板间的纵缝施焊联结形成组合梁。ＰＳＴＣ的构造原理是：先对预制桥道板穿束施加纵向预应力接整，并使桥道板获得期望的预压应力，再通过焊接剪力传递竖钢板与钢桁顶板的纵向接缝形成组合梁。由此简化预制桥道板的接缝构造，板间无需设置企口或扣环现浇混凝土接缝构造，而代之以涂抹黏结胶联结；避免了局部现浇混凝土繁琐施工，克服了由现浇混凝土收缩徐变等不定性引起后期开裂病害隐患；所施加的预应力全部由预制桥道板承受，提高了桥道板预应力的有效性。２试验梁制作及加载方案为深化认识ＰＳＴＣ在负弯矩作用下的抗裂性能及结构行为，制作了３根不同预应力度的ＰＳＴＣ试验梁，开展了在负弯矩作用下从加载到破坏的ＰＳＴＣ梁全过程试验研究。２．１试验梁制作如图２，３所示，ＰＳＴＣ－１～ＰＳＴＣ－３试验梁的计算跨径均为７０００ｍｍ，总高均为７７０ｍｍ。各钢桁杆件和节点均采用焊接联结。上下弦为Π型截面，斜杆和竖杆采用［型截面。混凝土桥道板采用矮肋板式截面，高１４０ｍｍ，顶宽５００ｍｍ。为了在同一钢桁上弦顶面焊接３次ＰＣＳＳ剪力键竖钢板，各试验梁的桥道板底宽分别为２５６，２２０，２０８ｍｍ，高度图２试验梁立面布置（单位：ｍｍ）Ｆｉｇ．２ＥｌｅｖａｔｉｏｎＬａｙｏｕｔｏｆＴｅｓｔＢｅａｍ（

Ｃ试验梁，开展了在负弯矩作用下从加载到破坏的ＰＳＴＣ梁全过程试验研究。２．１试验梁制作如图２，３所示，ＰＳＴＣ－１～ＰＳＴＣ－３试验梁的计算跨径均为７０００ｍｍ，总高均为７７０ｍｍ。各钢桁杆件和节点均采用焊接联结。上下弦为Π型截面，斜杆和竖杆采用［型截面。混凝土桥道板采用矮肋板式截面，高１４０ｍｍ，顶宽５００ｍｍ。为了在同一钢桁上弦顶面焊接３次ＰＣＳＳ剪力键竖钢板，各试验梁的桥道板底宽分别为２５６，２２０，２０８ｍｍ，高度图２试验梁立面布置（单位：ｍｍ）Ｆｉｇ．２ＥｌｅｖａｔｉｏｎＬａｙｏｕｔｏｆＴｅｓｔＢｅａｍ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）图３试验梁标准横断面布置（单位：ｍｍ）Ｆｉｇ．３ＳｔａｎｄａｒｄＳｅｃｔｉｏｎｏｆＴｅｓｔＢｅａｍ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）为６０ｍｍ。桥道板分７块预制，预埋５根预应力钢束管道。各试验梁的预应力度分别为１０．６，１２．２，１２．６ＭＰａ。预制桥道板接缝黏结胶的材料性能参考了广州４号线和上海明珠线节段拼装梁桥的接缝胶黏剂，，并借鉴了陕西芝水沟铁路特大桥的６４ｍ胶接缝节段预制拼装简支箱梁胶接缝密封性能试验和施工工艺试验研究结果。ＰＣＳＳ剪力键是笔者所在课题组在已有研究的基础上，针对装配式组合梁特点提出的新型剪力联结构造［１４］，课题组前期已进行ＰＣＳＳ剪力键推出试验［１５］，试验结果表明：ＰＣＳＳ剪力键的栓钉水平放置与传统的正向布置栓钉剪力键相比，其极限抗剪承载力和抗剪刚度均有所提高［１６］。试验梁中所用栓钉均为Φ１０×８０ｍｍ圆头焊钉，材质为ＭＬ１５，按
【作者单位】： 重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地 重庆交通大学土木工程学院 武汉二航路桥特种工程有限责任公司
【基金】：国家自然科学基金项目(51308571) 交通运输部应用基础研究项目(2013 319 814 040) 江西省交通运输厅科技项目(2014Y0007)
【分类号】：U441

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本文编号：2544746