小跨高比混凝土筒支箱梁静力性能试验研究.pdf
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1、第 3 3卷 第 4期 2 0 1 1年 8月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo1 33 No 4 Aug 2 O11 小跨高 比混凝土筒支箱 梁静力性能试验研究 陈朝晖h , 黄景华h , 李观 宇 , 马 东升。 ( 1 重庆大 学 ,d 土木 工程 学院; b 山地城镇建设与新技术教育部重点 实验 室, 重庆 4 0 0 0 4 5 ; 2 云南省电力设计 院, 昆明 6 5 0 0 5
2、 1 ; 3 华北 电力设计 院工程有 限公 司, 北京 1 0 0 1 2 0 ) 摘 要 : 山地城 市排 水 干管埋 地 箱涵 由于滑坡 导致地 基 塌 陷而成 为 简 支箱 涵 , 支承 方 式 的改 变导 致 管道结构存在破坏风险。为此 , 文章对间e a - 支下小跨 高比埋地箱梁进行 了模型静 力加 载试验, 分析 了 小跨 高 比埋地 箱 涵在 简 支条件 下的破 坏 形式 、 抗 剪性 能 以及 剪 力滞 效应 , 讨 论 了现 行 有 关设 计规 范 对于箱涵抗剪承载力计算之不足 。研 究表 明, 竖向均布荷载作用下, 小跨 高比箱梁裂缝分布 比较 均 匀, 破 坏 时没
3、有 明显 的临界 斜 裂缝 , 最终 由于混凝 土斜 向 受压柱 压 溃 而丧 失承 载 力 。箍 筋作 为 主要 的抗 剪 部件 , 在斜 裂缝 出现 后 承担 着 大部 分 剪 力 。纵 筋应 变受 内力重 分 布和 裂缝 发展 等 因素影 响 , 部分 区域 呈现 剪 力滞 效应 。埋 地 箱涵 由于 滑坡地 基塌 陷 导致 的 支承条 件 的 改 变将 导 致 混凝 土过 早 开裂, 影响排水管道正常使 用。 关键 词 : 钢 筋混凝 土 ; 简 支箱 梁 ; 抗 剪性 能 ; 小跨 高 比; 剪 力滞 ; 平截 面假 定 中图分 类号 : TU3 1 2 文 献标 志码 : A 文章
4、 编 号 : 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 1 3 0 7 Ex pe r i m e nt a l Ana l y s i s o n S t a t i c Be ha v i o r s o f S i mpl e s u p po r t e d Re i nf o r c e d Co nc r e t e Bo x Gi r d e r wi t h S m a l l De p t h -_ t o s p a n Ra t i o CHEN Zh ao h u i 。 , , HUANG J i n g - h u a 。 , , L
5、I Gu a n 一 , MA Do n g - s h e n g。 ( 1 a Sc h oo l o f Ci vi l Engi ne e r i ng; l bKe y La b or a t or y of Ne w Te c hno l o gy f or Co ns t r uc t i on o f Ci t i e s i n M o unt a i n Ar e a, M i n i s t r y of Ed uc a t i o n, Ch o ngq i n g 4 00 045, P R Chi na; 2 Yu nna n El e c t r i c Po w
6、e r De s i gn I ns t i t u t e, Kunmi n g 65 0 011, P RChi n a; 3 No r t h Ch i n a P o we r En g i n e e r i n g CO , L TD, Be ij i n g 1 0 0 1 2 0, P R Ch i n a; ) Ab s t r a c t : Th e b u r i e d b o x g i r d e r s i n t h e mo u n t a i n c i t y s e wa g e p i p e l i n e s y s t e m wo u l d
7、 b e t u r n e d i n t o s i mp l e s up po r t e d gi r d e r s be c a us e o f t he r e mov a l o f t he f o und a t i on c a us e d by l a nd s l i d e Thi s c ha n ge of s u pp o r t i ng wou l d r e s u i t i n t he f a i l u r e r i s k of p i pe l i ne s t r u c t u r e The s t a t i c p r o
8、pe r t i e s o f t h e bur i e d b ox g i r de r s wi t h s ma l l d e pt h t o s p a n r a t i o i n s i mpl e s u pp o r t e d c on di t i on a r e e x pe r i m e nt a l l y a n a l y z e dTh e f a i l ur e p a t t e r n, s he a r be ha v i o r a nd s he a r l a g e f f e c t o f t he b ur i e d b
9、ox gi r d e r s i n s i mpl e s u pp o r t e d c on di t i o n a r e s t u d i e d The s ho r t a g e s i n t he pr e s e n t de s i gn c o de s f or t h e c a l c u l a t i o n o f s he a r c a p a c i t i e s o f t he b ox gi r d e r s a r e a l s o d i s c us s e d I t i s s hown t ha t u nd e r
10、t he ve r t i c a l u ni f or ml y d i s t r i but e d l o a d, t he c r a c k d i s t r i bu t i o n o f t he bo x g i r d e r s i s u n i f o r m。 a n d n o ma j o r c r i t i c a l d i a g o n a l c r a c k i s f o r me d , a n d t h e b o x g i r d e r s l o s e t h e b e a r i n g c a p a c i t
11、 y i n t he f or m o f c o nc r e t e di a go na l r o d c r us hi n g As t he ma i n s h e a r be a r i ng c ompo ne nt s , t he s t i r r up s de v o t e m u c h t o s he a r c a p a c i t y o f t h e bo x gi r d e r a f t e r c o nc r e t e c r a c k i n gThe s t r a i ns of t he l o ng i t ud i
12、na l r e ba r s a r e a f e c t e d by t hos e f a c t or s s uc h a s t he r e d i s t r i bu t i on of i nt e r n a l f o r c e a nd c r a c ks , s o o nl y f e w a r e a s o f t he bo x g i r de r s s h ow t h e s h e a r l a g e f f e c t The c ha n ge of s up po r t i n g f o r m l e a ds t o t
13、 he p r e ma t u r e c r a c ki n g o f c onc r e t e a n d a f f e c t s t he s e r vi c e a bi l i t y of t he s e wa ge p i pe l i ne Ke y wo r d s: r e i n f o r c e d c o nc r e t e; s i mpl e s u pp or t e d bo x g i r de r; s he a r b e ha v i o r ; s ma l l de p t h t o s p a n r a t i o; s
14、he a r l a g e f f e c t ; a s s u mp t i o n o f p l a n e s e c t i o n 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 1 1 7 基金项 g l : 国家重 大科技 专项“ 水体 污染 控制与治理科技重大 专项” 资助项 目( 2 0 0 8 Z X 0 7 3 1 5 0 0 1 1 ) 作者简介 : 陈朝 晖( 1 9 6 8 ) , 女 , 教 授 , 博士 , 主要从事结构系统 可靠 ICNN 性基础 理论及应 用研究 , ( E i n a i l ) z h a o h u i c c qu e d uc n。
15、学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 土 木 建 筑 与 环 境 _ 37 -程 第 3 3 卷 箱形 截 面具 有 良好 的结 构 性 能 , 在 现 代 各 种 桥 梁 中得 到广泛 的应 用 。因其 对地 基 不均 匀 沉 降有 很好 的适 应性 , 断 面形式 方便 调节 , 施 工简 单且 容 易 保证 质量 等优 点 , 钢 筋 混 凝 土箱 涵也 是 大 型 输 水 工 程中常见 的构造 形式 2 。与传统 的矩形 截 面梁相 比 , 混凝 土薄壁 箱 梁 的弯 曲正应 力 沿 翼 板 宽 度 的分 布不均匀, 存 在剪力滞 现象口 。 。 。I
16、 U O 1 等 利用有 机玻 璃模 型制 作 了变 截 面高 度 箱 梁 模 型 , 研 究 了变 高度 对 剪力 滞 的影 响 。Kh a l e d Ga l a l 【 1 等 进行 了加 腋薄 壁钢 筋混 凝 土 箱 梁 的试 验 研 究 , 指 出 了偏 心 荷 载 和底板 对箱 梁 极 限 承 载力 的影 响 , 箱 梁 破 坏 机 制 和荷载一 位移曲线等 。方志等_ J 胡 进行 了钢筋混凝土 连续 宽箱 梁 的破 坏 全 过程 试 验 , 研 究 了连 续 箱 梁 在 混凝 土 开 裂 后 的 内 力 重 分 布 变 化 规 律 。祝 明 桥 等 l l 进行 了体 外 预
17、应 力 高 强 混 凝 土 薄 壁 箱 梁 从 预 应力 钢绞 线张 拉 至 承 载力 极 限的 破 坏 过 程 , 研 究 了 体外预应力箱梁的抗裂性能。杨春、 蔡健l 1 等研究 了箱 形 型 钢 混 凝 土 ( S R C) 梁 的 性 能 , 给 出 了箱 形 S R C组合梁 的抗剪承载力计算公式 。牛斌等 。 进 行了铁路客运专线 2 4 m 预应力混凝土双线整孔箱 梁 l: 2 模 型进 行试 验 和理论 研究 , 结 果表 明影 响箱 梁 剪力滞 系 数 的 主要 因 素 是 箱 梁 的宽 跨 比及 荷 载 形 式 。 前述 文 献 集 中在 对 跨 高 比较 大 的箱 形 梁
18、 的研 究 , 对腹 板 间距小 、 截 面 高度 大 、 跨 高 比较 小 的深 受 弯箱形 梁研究 欠缺 。重 庆市 排水 干管 为 满 足设 计 流 量的要求 、 便 于结构施 工等 , 采 用高而窄 的矩形箱 涵 , 跨 高 比在 2 6至 4 3之 问 , 为深 受 弯构 件 。其 中 埋 地箱 涵段 一般敷 设在 边坡 上 , 在正 常情 况 下 , 由于 四周土壤的约束 , 箱涵的受力与变形都较小 , 但在强 降雨下 , 边坡 容 易发 生滑 坡 、 坍 塌 , 埋 地 箱 涵下 方 的 土壤发 生 下陷 或 流失 , 形 成 以两 端 柱 墩 支 撑 的 简 支 箱梁 , 箱梁
19、上方覆土 自重作为外荷载作用于箱梁上 , 对于按 埋地 形式设 计 的管 道在 这种 特殊 的荷载 工 况 下受 力与 变形 极 为不 利 。因 此 , 本 文 对 此 类 小 跨 高 比箱梁 的受 力性 能进 行 了试验 研究 。 l 模 型试 验概 况 1 1试验 梁的 设计 以重庆市排水主干管埋地箱 涵为原 型, 制作了 2根缩尺 比为 1:5的钢筋混凝土箱梁进行静 力加 载 试验 。试 验梁 高为 7 0 0 mm, 总 长 2 4 0 0 mm, 壁厚 8 0 mi l l , 截 面尺 寸 及 配 筋 如 图 1 所 示 。钢筋 及 混凝 土 的力学 性 能分 别 如 表 l 、
20、2所示 。其 中 , 混 凝 土 的 抗压 强度 , 在试 验 前一 天测 得 , 是 与 试件 同条 件养 护的一组 3个 1 5 0 I T l m 立 方体试 块 的均值 。 一 0 7 6 f , 一0 2 6 2 。 。 图 1 试 验 梁 截 面 尺 寸及 配 筋 表 1 钢 筋 的 力 学 性 能 1 2试验 方法 在强 降 雨 下 , 边 坡 容 易发 生 滑 坡 、 坍 塌 , 埋 地 箱 涵下 方 的土壤 发 生下 陷或 流 失 , 形 成 以两 端 柱 墩 支 撑的简支箱梁 , 箱梁上方覆土 自重作为外荷载作用 于箱梁上 , 为模拟此不利工况 , 试验的箱梁端部一侧 采用
21、转动支座 , 另一侧采用滚动支座 以模拟简支约 束 。由于试验箱梁跨度小 , 通过在横 向分配梁下设 置两个面积较大、 刚度大的橡胶垫 , 使得由千斤顶传 递下 来 的荷载 较 均 匀 地施 加 在 箱 梁 上 , 试 验 梁 加 载 装 置如 图 2所 示 。 I I 埋 呲 = = = 2 2 0 0 1 千斤顶;2 橡胶垫;3 配梁 ; 4 横向分配梁;5 转动支座 6 百分表;7 试验粱;8 滚动支座 图 2试验梁加载装置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 期 陈朝 晖 , 等 : 小跨 高比混凝 土 简 支箱 梁静 力性 能 试验研 究 1 3测点
22、 布置 利 用试 验 梁 的对 称 性 , 以 试 验 梁 跨 中截 面 ( 1 1 ) 、 一侧的加载点截 面( 2 2 ) 作为控制截 面, 在控 制 截 面 的纵筋 上沿 梁跨 方 向布 置纵 筋应 变 片 。在 试 验 梁 剪跨 区段 的箍 筋 沿支 座一 加载 点连 线 ( OA) 以及 4 5 度 斜线 ( OB ) 布 置箍筋 应 变 片 , 如 图 3所 示 。跨 中截 面腹板 范 围 内的底 板 布置 2个百 分 表 , 用 于 测 量 试 验 梁底 部 的挠 度 。剪 弯 段 布 置 4个 百 分 表 , 用 于 测 量 该 区段 的剪切 变 形及 弯 曲变形 J , 如
23、图 2所示 。 ( i1 纵筋应变 片 ( 剪弯段箍筋应变片 图 3 钢筋应 变片布置及编号 2试 验 结 果 分 析 2 1破坏 形 态 各试 验梁 所经 历 的裂缝 发展 过 程基 本 相 同 。总 荷载至 0 2 P ( P 为计算极 限荷载) 左右时 , 剪弯段 腹板中部首先出现多条不连续的腹剪斜裂缝。加载 至 0 3 P 时 , 纯弯段 底板 出现多条小 的弯 曲裂缝 。 荷载加至 0 4 P 时 , 底板继续不断出现弯曲裂缝 , 加 载点截面附近 的部分 弯 曲裂缝发 展成为弯 剪斜裂 缝, 同时剪弯段 则出现新 的腹剪斜裂缝平行 于既有 的腹 剪 斜裂 缝 。荷 载 增 加 至
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- 小跨高 混凝土 筒支箱梁 静力 性能 试验 研究
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