簡支預(yù)應(yīng)力矮肋T梁抗彎承載力試驗(yàn)分析★

王 今 王亞博 朱安東 張宏祥*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

在我省中小跨徑公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)中，空心板結(jié)構(gòu)最為常見，空心板的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)高度小，這對于降低路基高度節(jié)省工程造價(jià)有重大意義，但空心板的挖空率低、自重大，且不易保證頂?shù)装搴弯摻畋Ｗo(hù)層厚度，同時(shí)結(jié)構(gòu)高度小也導(dǎo)致了截面有效高度較低，降低了結(jié)構(gòu)的抗彎剛度。在橋梁上部結(jié)構(gòu)形式中矮肋T梁能較好的解決上述缺點(diǎn)，且具有結(jié)構(gòu)高度小、施工方便、橫向穩(wěn)定性好、受力合理、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)[1-5]。雷波[6]運(yùn)用解析法和空間有限元法對矮肋T梁進(jìn)行分析，結(jié)果表明矮肋T梁益用于小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)；金秀輝[1]對預(yù)應(yīng)力矮肋T梁的靜力性能、動力性能等各類力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行測試分析，結(jié)果表明預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁橋是一種性能良好、利于施工、耐久性良好的結(jié)構(gòu)形式，可廣泛運(yùn)用于中小跨公路橋梁中。

為了掌握簡支預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁在荷載下的受力和工作特性，本文建立20 m單跨簡支預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁計(jì)算模型，模擬矮肋T受荷下力學(xué)響應(yīng)，并對5∶1縮尺后的模型梁進(jìn)行破壞試驗(yàn)，通過對比模擬數(shù)值和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析矮肋T梁的破壞規(guī)律和極限承載能力，為相關(guān)梁橋承載能力的評定和規(guī)范的修訂提供參考。

2 矮肋T梁極限承載力試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)裝置

根據(jù)關(guān)鍵截面等應(yīng)力原則，將20 m簡支預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁縮尺成4.2 m的模型梁，縮尺后的模型梁的構(gòu)造圖和配筋圖如圖1所示。設(shè)計(jì)模型梁高為0.543 m，翼板寬為0.835 m,混凝土強(qiáng)度等級為C40，預(yù)應(yīng)力筋為N1和N2兩根9φ15.2 mm鋼絞線，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpy=1 860 N/mm2,非預(yù)應(yīng)力筋采用HRB400。

2.2 試驗(yàn)測試方法

試驗(yàn)?zāi)Ｐ土翰捎孟鹉z支座，在簡支梁上放置有壓力傳感器，采用兩臺150 t液壓千斤頂同時(shí)加載，模型梁開裂前每11 kN一個(gè)加載等級，試驗(yàn)裝置如圖2所示。在每一個(gè)荷載等級到位并且穩(wěn)定后測定撓度的數(shù)值并觀察裂縫。在簡支梁的L/4,L/2,3L/4處自上而下各布置8個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)；在簡支梁的L/4,L/2,3L/4及2支座各布置2個(gè)百分表測量豎向撓度。整個(gè)試驗(yàn)的應(yīng)變和撓度測點(diǎn)圖如圖1所示。

3 試驗(yàn)分析

3.1 跨中撓度曲線分析

結(jié)構(gòu)在加載過程中的撓度可以表現(xiàn)出構(gòu)件剛度的大小，為了更加直觀的了解預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁在加載過程中梁體位移的變化和趨勢，將單跨預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋簡支T梁沿梁長的撓度連成折線，如圖3所示。

從圖3可以看出，試驗(yàn)梁位移呈中心對稱，說明在試驗(yàn)加載時(shí)沒有偏載的情況發(fā)生，截面橫向受力均勻，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)忽略不計(jì)，且逐級加載時(shí)各測點(diǎn)撓度值增加比較均勻，沒有出現(xiàn)明顯的撓度突增，表明結(jié)構(gòu)仍然處于彈性階段。試驗(yàn)梁在加載至35 kN時(shí)，最大位移為0.387 mm。

3.2 跨中底緣混凝土應(yīng)變分析

預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁在實(shí)際運(yùn)營中為不允許出現(xiàn)裂縫，即全預(yù)應(yīng)力混凝土梁。在受彎荷載作用下，彎矩最大截面為跨中截面，因此本文將分析腹板最下緣混凝土應(yīng)變，研究在受彎加載下最下緣混凝土的應(yīng)變響應(yīng)，如圖4所示。

從圖4中可以看出，預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁跨中底緣混凝土應(yīng)變在受彎加載和卸載過程中均呈線性增長，在卸載后截面混凝土應(yīng)變無殘余應(yīng)變，試驗(yàn)梁梁體處于彈性工作階段。在35 kN荷載作用下跨中截面底緣混凝土的應(yīng)變只有58.389 με，而混凝土的極限拉應(yīng)變?yōu)?04 με，由此可得在此受彎加載過程中試驗(yàn)梁混凝土沒有產(chǎn)生裂縫且處于彈性階段。

3.3 受拉鋼筋應(yīng)變分析

在預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁受彎試驗(yàn)時(shí)，為了更好的分析試驗(yàn)梁受拉鋼筋在加載過程中應(yīng)變的響應(yīng)。在預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁下緣的2根受拉鋼筋L/4,L/2,3L/4處各粘貼了鋼筋應(yīng)變片。圖5給出預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁受彎加載時(shí)跨中鋼筋應(yīng)變變化曲線。

從圖5中可以看出，預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁跨中底緣受拉鋼筋應(yīng)變在受彎加載和卸載過程中均呈線性增長，在卸載后受拉鋼筋應(yīng)變無殘余應(yīng)變，試驗(yàn)梁梁體處于彈性工作階段。在35 kN荷載作用下跨中受拉鋼筋的應(yīng)變?yōu)?1.916 με，而跨中截面底緣混凝土的應(yīng)變?yōu)?8.389 με，兩者應(yīng)變基本一致，說明試驗(yàn)梁內(nèi)鋼筋與混凝土變形統(tǒng)一，鋼筋和混凝土之間粘結(jié)良好。

4 結(jié)語

本文對預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁進(jìn)行受彎加載試驗(yàn)，分析了在受彎荷載作用下梁體的撓度、跨中截面底緣混凝土拉應(yīng)變、跨中截面受拉鋼筋應(yīng)變，并得到如下結(jié)論：

1)對試驗(yàn)梁受彎加載過程中沒有觀測到裂縫，對預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁處于全截面受力狀態(tài)。

2)對試驗(yàn)梁受彎加載過程中，預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁梁體撓度和受力響應(yīng)均為彈性增長，卸載后無殘余變形，試驗(yàn)梁處于彈性工作階段。

3)對試驗(yàn)梁受彎加載過程中，預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁跨中截面底緣混凝土和鋼筋應(yīng)變基本一致，鋼筋與混凝土之間握裹良好，處于共同受力階段。