波形钢腹板组合梁体外预应力增量设计方法

发布时间：2020-06-05 21:45

【摘要】：体外无粘结波形钢腹板组合梁因其具有结构形式独特、受力性能良好、外在形态美观、腹板不易开裂等特点,近年来在桥梁工程中应用广泛。现阶段的研究方向大多集中在波形钢腹板组合梁受力特性上,对体外预应力筋应力增量方面的研究较少。考虑到体外预应力筋对桥梁结构的抗弯承载力影响较大,进行体外预应力筋应力增量的研究具有深刻的理论价值和现实意义。本文依托宁夏交通科技项目,以宁夏叶盛黄河特大桥为工程背景,开展了关于波形钢腹板组合梁体外预应力筋应力增量方面的研究,主要研究工作和成果如下:1)系统阐述了国内外体外无粘结预应力混凝土箱梁桥的研究现状,简单归纳了国内外对该领域的研究方法和体外预应力筋应力增量的计算方法。2)开展了体外预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力试验,对试验加载过程中梁体的挠度、锚下有效预应力、顶底板与腹板的应变进行了数据采集和分析。试验结果表明:波形钢腹板组合梁具有良好的延性,梁体破坏经历了弹性阶段、开裂阶段和塑性阶段;当梁体进入塑性阶段,梁体结构刚度迅速降低,挠度变形增大,体外预应力筋应力增量增长较快;光纤光栅传感器和振弦式压力传感器测试的锚下力发展规律相同,测试数据的误差最大值为4.11%,验证了光纤光栅技术的可行性,突破了振弦式传感器监测测点少的局限性。3)基于变形理论,考虑“剪切变形”和“二次效应”的影响,推导了弹性阶段波形钢腹板组合梁在不同荷载和布筋形式下的体外预应力筋应力增量计算公式,开展了参数拟合分析。结果表明:“二次效应”对体外预应力增量的影响为0.2%,可以忽略不计;混凝土弹性模量和梁高对体外预应力筋应力增量的影响呈正相关;钢腹板厚度与梁高的比值对体外预应力筋应力增量的影响很小。4)采用Abaqus建立了非线性数值模型,模拟了试验梁全过程结构响应。结果表明:弹性阶段,模型梁体外预应力筋应力增量分别与挠度和荷载呈线性关系;随着荷载的增大,梁体进入开裂阶段,此时梁体刚度折减,但底板受拉区的普通钢筋没有屈服,仍处于线弹性范围,所以体外预应力筋应力增量分别与挠度和荷载呈近似线性关系;当受拉区的普通钢筋屈服,梁体进入塑性阶段,此时梁体刚度迅速降低,挠度和体外预应力筋应力增量急剧增大,体外预应力筋应力增量与挠度和荷载呈近似曲线关系。5)对36个非线性数值模型开展参数拟合分析,结果表明:混凝土强度对体外预应力筋应力增量的影响呈正相关;受拉区普通钢筋配筋率和强度、初始有效应力和体外预应力筋面积与剪跨比对体外预应力筋应力增量的影响呈负相关;波形钢腹板厚度和屈服强度、加载点到支座的最近距离对体外预应力筋应力增量的影响很小;跨中加载与三分点加载方式下极限应力增量比值为0.74,等效塑性铰长度和中性轴高度比值的均值为19.53。6)基于Pannell模型,得到等效塑性铰区长度与中性轴高度的比值,提出了波形钢腹板组合梁体外预应力极限应力增量的建议公式,并进行了公式验证,建议公式与试验结果有较好地一致性,可用于波形钢腹板组合梁的体外预应力设计。
【图文】：

波形钢腹板,无粘结,组合梁,腹板

述逡逑体外无粘结波形钢腹板组合梁的结构逡逑外无粘结波形钢腹板组合梁［１］（以下简称“ＵＰＣ－ＣＳＷ梁桥”）是指用替混凝土腹板，顶板和底板仍旧采用钢筋混凝土，体外预应力筋转向块对结构施加预应力的一种钢混组合桥梁结构。逡逑着体外预应力防腐技术的飞跃发展，体外预应力技术与钢混组合发展，被广泛应用到城市人行天桥和高架桥［１］。ＵＰＣ－ＣＳＷ梁桥就代表，它是由混凝土顶板、混凝土底板、波形钢腹板、混凝土转应力束、体内预应力束和波形钢腹板与顶底板混凝土之间的抗剪具体结构形式见图卜１。与普通预应力混凝土梁桥相比，该桥梁的有波形钢腹板、抗剪连接件和体外预应力体系。逡逑

梁体,力束,波形钢腹板,体内预应力

逦；直板段长度；＾逡逑丧长逦＼科板段投影长度逡逑图１－２波形钢腹板逡逑抗剪连接件是指连接波形钢腹板和混凝土顶底板［１］，传递两者之间的纵向逡逑剪力和横向弯矩，，抵抗两者之间的相对滑移和竖向分离，保证两者共同作用的逡逑部件。按其构造不同可分为单开孔板＋栓钉连接件、双开孔连接件、角钢连接件逡逑和嵌入型连接件，具体构造类型见图１－３。逡逑（ａ）单开孔板＋栓钉连接件逦（ｂ）双开孔连接件逡逑ｄ逦接合钢筋逡逑波测随yU灥板逡逑（Ｃ）角钢连接件逦（ｄ）嵌入型连接件逡逑图１－３波形钢腹板与混凝土顶底板的抗剪连接连逡逑ＵＰＣ－ＣＳＷ梁桥的预应力体系由顶底板体内预应力束和梁体内部体外预应逡逑力束组成［１］，二者协同作用，共同受力，增强了梁体的承载能力，在荷载作用逡逑下，体外预应力筋对梁体挠度的影响不可忽视，所以开展体外预应力筋应力增逡逑量的研宄有广泛的工程意义和学术价值。逡逑２逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U442.5

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