鋼絞線張拉過程中箱梁冷縫應(yīng)力應(yīng)變分析

楊 成，黃質(zhì)宏，盧 萍，璩澤君

(貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

鋼絞線張拉過程中箱梁冷縫應(yīng)力應(yīng)變分析

楊 成，黃質(zhì)宏*，盧 萍，璩澤君

(貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

通過預(yù)應(yīng)力錨索張拉過程中對冷縫位置處新舊混凝土應(yīng)力應(yīng)變值測讀，比較每個(gè)測試位置兩個(gè)測試點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力變化情況，分析箱梁冷縫處新舊混凝土的共同工作、協(xié)調(diào)變形能力，并用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS分析同區(qū)域兩個(gè)測點(diǎn)的應(yīng)變相關(guān)性，兩者對比，以此判斷冷縫處新舊混凝土協(xié)調(diào)變形能力。

冷縫；箱梁；受力性能

冷縫是指同一混凝土結(jié)構(gòu)的上下兩層混凝土的澆筑時(shí)間間隔超過初凝時(shí)間而形成的施工質(zhì)量縫，是在施工過程中由于某種原因使前澆筑混凝土在已經(jīng)初凝后，后澆筑混凝土繼續(xù)澆筑，使前后混凝土聯(lián)結(jié)處出現(xiàn)一個(gè)軟弱的結(jié)合面?；炷恋睦淇p在施工中是嚴(yán)禁出現(xiàn)的，此類問題一旦發(fā)生極難處理，冷縫的出現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的整體工作性能有較大的影響。

1 工程概況

某大橋其中一聯(lián)橋梁布置為3×25m，采用 C50 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼箱梁，箱梁高1.7 米，箱梁寬度為16米，橋梁位于直線段及R=500m的曲線上。普通鋼筋采用HPB235級和HRB335級兩種，預(yù)應(yīng)力鋼筋在縱向、豎向預(yù)應(yīng)力筋采用Φ15.20mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，橫向預(yù)應(yīng)力筋采用Φ12.7mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線。預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉控制應(yīng)采用0.75fpk、0.37fpk、0.72fpk。在該橋箱梁底板澆筑完成后，相隔18個(gè)月進(jìn)行腹板和頂板的澆筑，在箱梁的腹板位置處形成了施工冷縫。

2 測試方案

2.1 試驗(yàn)截面及測點(diǎn)

為檢驗(yàn)二次澆筑混凝土(冷縫)在外荷載作用下的共同工作性能。通過在箱梁腹板截面(新澆混凝土、舊混凝土)粘貼電阻應(yīng)變片的方式進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，對比分析二次澆筑區(qū)域混凝土應(yīng)變數(shù)據(jù)。應(yīng)變片為1/4橋工作片形式，應(yīng)變片的測試方向與混凝土的主要受力方向一致。箱梁設(shè)置4個(gè)測試截面，每個(gè)截面12個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，整個(gè)箱梁共設(shè)置48個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，貼片沿水平方向粘貼[1]-[4]。

應(yīng)變測點(diǎn)布置如圖1、2。

表1 控制截面位置和測試內(nèi)容

備注：L為箱梁總長

圖1 測試截面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖

2.2 試驗(yàn)荷載及分級加載

根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)形式，設(shè)置4個(gè)測試截面，即：1-1截面、2-2截面、3-3截面、4-4截面，每個(gè)截面12個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，按照路線前進(jìn)方向?qū)γ恳粋€(gè)斷面從右至左對應(yīng)變測點(diǎn)依次進(jìn)行編號，即：1#～24#測點(diǎn)(一個(gè)測點(diǎn)位置處有兩個(gè)測試點(diǎn)，其中A為新混凝土測試點(diǎn)；B為舊混凝土測試點(diǎn))(如圖1、2)。

按照預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉順序，張拉鋼絞線(該箱梁共24束錨索)兩端同時(shí)逐級加載、并同截面對稱張拉，根據(jù)張拉順序共分12個(gè)工況，在加載過程每個(gè)工況按3個(gè)等級加載，即初始應(yīng)力0→(0.15σcon)→(0.3σcon)→(1.0σcon)。

3 應(yīng)變測試結(jié)果

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照測試方案進(jìn)行測試，選取其中幾個(gè)典型的應(yīng)變測試點(diǎn)，結(jié)果如下。

表2 1-1截面測試結(jié)果(με)

表3 2-2截面測試結(jié)果(με)

表4 3-3截面測試結(jié)果(με)

表5 4-4截面測試結(jié)果(με)

圖3 1-1截面測點(diǎn)1-A、1-B應(yīng)變曲線 圖4 2-2截面測點(diǎn)2-A、2-B應(yīng)變曲線

圖5 3-3截面測點(diǎn)3-A、3-B應(yīng)變曲線 圖6 4-4截面測點(diǎn)4-A、4-B應(yīng)變曲線

3.2 SPSS分析

SPSS中兩個(gè)獨(dú)立樣本檢驗(yàn)是非參數(shù)檢驗(yàn)方法的一種，其基本功能是判斷兩個(gè)獨(dú)立的樣本是否來自于相同分布的總體。這種檢驗(yàn)過程是通過分析兩個(gè)獨(dú)立樣本的均數(shù)、中位數(shù)、離散趨勢、偏度等描述性統(tǒng)計(jì)量之間的差異來實(shí)現(xiàn)的。Mann-Whitney U 檢驗(yàn)是SPSS非參數(shù)檢驗(yàn)(兩個(gè)獨(dú)立樣本檢驗(yàn))中的一種檢驗(yàn)方法，其基本原理為假設(shè)兩個(gè)樣本分別來自除了總體均值以外完全相同的兩個(gè)總體，目的是檢驗(yàn)這兩個(gè)總體的均值是否有顯著的差別[5]-[6]。

根據(jù)該橋應(yīng)變測試結(jié)果的數(shù)據(jù)的性質(zhì)，對其試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件非參數(shù)檢驗(yàn)中的Mann-Whitney 檢驗(yàn)，分析同區(qū)域兩個(gè)測試點(diǎn)數(shù)據(jù)的差異性。

表6 測點(diǎn)1 SPSS非參數(shù)Mann-Whitney 檢驗(yàn)

表7 測點(diǎn)2 SPSS非參數(shù)Mann-Whitney 檢驗(yàn)

表8 測點(diǎn)3 SPSS非參數(shù)Mann-Whitney 檢驗(yàn)

表9 測點(diǎn)4 SPSS非參數(shù)Mann-Whitney 檢驗(yàn)

通過SPSS計(jì)算分析，該橋箱梁混凝土應(yīng)變測試差異性分析結(jié)果與A、B應(yīng)變測試點(diǎn)數(shù)據(jù)變化曲線吻合情況詳見表10。

表10 應(yīng)變測試結(jié)果分析表

注：P>0.05為不存在顯著性差異；P<0.05為存在顯著性差異。

通過對該箱梁24個(gè)區(qū)域的混凝土應(yīng)變測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中21個(gè)區(qū)域的混凝土應(yīng)變實(shí)測值隨預(yù)應(yīng)力鋼絞線的分級張拉、工況、荷載變化而變化，新舊二個(gè)區(qū)域測點(diǎn)的混凝土應(yīng)變值能夠同步變化，其應(yīng)變曲線吻合度均較好，不存在顯著差異，這表明該箱梁二次澆筑的混凝土在張拉荷載作用下能夠處于共同協(xié)調(diào)的工作狀態(tài)。

部分測點(diǎn)(如測試區(qū)2)的應(yīng)變測試數(shù)據(jù)存在差異，新舊混凝土的應(yīng)變曲線前半段較吻合，后半段不完全吻合，其主要原因有：①電阻應(yīng)變片粘貼有差異；②部分測點(diǎn)區(qū)域新舊混凝土的表面平整度、干燥度有差異；③測試誤差等。

4 結(jié) 論

(1)箱梁二次澆筑混凝土形成的施工冷縫，在同區(qū)域二個(gè)不同測點(diǎn)上下位置處布置應(yīng)變片，能夠有效的測試混凝土的共同工作能力；

(2)在本次混凝土應(yīng)變測試中，絕大部分區(qū)域的混凝土應(yīng)變實(shí)測值隨預(yù)應(yīng)力鋼絞線的分級張拉、工況、荷載變化而變化，同區(qū)域新舊混凝土二個(gè)測點(diǎn)的應(yīng)變值能夠同步變化，其應(yīng)變曲線吻合度均較好，這表明該箱梁二次澆筑的混凝土在張拉荷載作用下能夠處于共同協(xié)調(diào)的工作狀態(tài)；

(3)測試數(shù)據(jù)表明同區(qū)域新舊混凝土二個(gè)不同測點(diǎn)的應(yīng)變值存在一定的差異，其主要原因分析有：①電阻應(yīng)變片粘貼有差異；②部分測點(diǎn)區(qū)域新舊混凝土的表面平整度、干燥度有差異；③測試誤差等；

(4)本次試驗(yàn)中SPSS軟件分析結(jié)果和應(yīng)變曲線吻合度較好，說明數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件可以在土木工程試驗(yàn)中進(jìn)一步的應(yīng)用；

(5)冷縫的出現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的整體性有較大的影響，在現(xiàn)場施工過程中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量管理，防止冷縫的發(fā)生。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50152-2012混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GBT 50784-2013混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[3] 中華人民共和國交通部.JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].人民交通出版社，2004.

[4] 姚華.靜載試驗(yàn)中有冷縫箱梁受力性能研究[J].工程科技.2014(3)：198-198.

[5] 楊維忠，張?zhí)?SPSS統(tǒng)計(jì)分析與行業(yè)應(yīng)用案例詳解(第二版)[M].北京：清華大學(xué)出版社.2011.53-73.

[6] 林麗，兩組獨(dú)立數(shù)據(jù)差異性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法及應(yīng)用的研究[D].上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

(責(zé)任編輯：王先桃)

Anchor Cable Tension in the Process of Cold Box Girder Joint Stress and Strain Analysis

YANG Cheng，HUANG Zhihong*，LU Ping，QU Zhejun

(college of civil Engineering，Guizhou Universitg，Guiyang 550025 China)

To measure the stress and strain at the position of the cold joint between the new and old concrete by the pre-stressed anchor cable tensioning process,compare the strain and stress changes of two test points in each test position,analyze the interacting behavior and coordinated deformation ability of the new and old concrete in the cold joint of the box girder,and use SPSS, the mathematical statistics software to analyze the strain dependence of the two measurement points in the same area,on the basis of the comparison,judging the coordinated deformation ability of new and old concrete in cold joints.

cold joint；box girder；mechanical behavior

1000-5269(2016)06-0089-04

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.06.20

2016-06-01

貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目(黔科合LH字[2015]7085號)

楊 成(1991-)，男，在讀碩士，研究方向：巖土工程。Email：913194210@qq.com.

*通訊作者： 黃質(zhì)宏，Email：854584164@qq.com.

TU317.3

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