空心板设置横隔板对企口缝混凝土力学性能的影响分析.pdf
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1、8 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 文 章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 0 8 0 4 空心板设置横 隔板对企 口缝混凝土力学性能的影响分析 葛素娟 , 张高奎 , 刘若瀚 ( 1 郑州大学 土木工程学院 , 河南 郑州4 5 0 0 0 1 ; 2 河南 徐辉 建筑工程设计事务所 , 河南 郑州4 5 0 0 8 2 ) 摘要 : 建立装配式预应力混凝土简支空心板桥 的空间实体有限元计算模型, 在对称荷载与偏载作用下, 分别 对无横 隔板 、 端部 设置横 隔板 、 端部 与跨 中均 设横 隔板
2、3种情 况 的空心板之 间的企 口缝 混凝 土 受力 状 态进行 分析 , 探 讨设 置横 隔板 对装 配式预 应 力混凝 土 空心板桥 企 口缝混凝 土 的力 学性 能 的影响 , 计 算 得 出企 口缝混凝土的应力分布。结果表 明: 设置横隔板后 , 企口缝混凝土的应力值 变得均 匀, 企 口缝混 凝土的抗剪性能有所增强。所得结果对装配式预应力混凝土空心板桥设计有较大的参考价值。 关键词: 装配式预应力混凝土空心板桥 企口缝 力学性能 有限元法 中图分类 号 : U 4 4 1 4 文献标 识码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9
3、 5 2 0 1 2 0 9 0 3 装配 式预应 力混 凝土 空心 板桥 的空心 板块 之 间一 般采用企 口缝横向连接, 以保证空心板块 之问的整体 性 , 共 同承受车辆荷载 。装 配式预应力混凝土空心 板桥的桥面铺装层普遍存在着沿空心板企 口缝纵向开 裂 、 铰缝处混凝土破碎、 脱落 、 大面积渗漏等现象 , 并且 成 为空 心 板 桥 最 典 型 的早 期 病 害 之 一 。出 现 这 种 病害后会致使空心板间横向联系失效 , 出现单板受力 , 使 桥梁 的整 体受力 性 能 发 生改 变 , 影 响桥 梁 结构 的安 全 和交 通 的 畅 通 。装 配 式 预应 力混 凝 土 空
4、心 板 桥 产生沿企 口缝纵 向开裂病害的原因是多方面的, 主要 是 由空心板桥设计理论方面的理想企 口缝与实际的企 口缝构造有差别 、 施工质量 以及运营阶段工作条件恶 化等 因素 造 成 的 。另 外 , 空 心 板 在 浇 筑 混 凝 土 过 程中, 目前一般采用橡胶胶囊作空心板内膜, 由于橡胶 胶囊内膜密度较小 , 重量轻 , 经常偏位 和上浮 , 导致空 心板 的顶 板 和腹板 厚度减 小 , 使空心 板受 压高 度不够 , 承载力不足 ; 橡胶胶囊 内膜位置偏移或上浮也会造成 混凝土保护层厚度变小 , 甚至钢筋裸露 , 使空心板产生 各 种裂缝 等病 害 , 影 响桥梁 的耐久 性
5、 。 。 。 针对装配式空心板预制过程 中橡胶气囊偏移和上 浮等问题 , 可采用聚苯乙烯泡沫塑料内膜替代传统的 橡 胶气 囊 内膜 , 由于 聚 苯 乙烯 泡 沫 塑料 内模 具有 一 定的强度 , 重量较轻 , 可预制生产 , 而且浇筑完混凝 土 后可留在结构 内不必取 出, 因此 , 不用沿桥跨通 长设 置 , 可 以在 空心板 端 部 和跨 中位置 设 置 横 隔板 。为 了 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 4 - 2 0; 修回 日期 : 2 0 1 2 - 0 5 1 8 基 金项 目: 河南省杰 出人才计划项 目( 0 8 4 2 0 0 5 1 0 0 0 3 ) 作者简介
6、: 葛素娟 ( 1 9 7 2 一 ) , 女 , 河南濮 阳人 , 副教授 , 硕士。 解空 心板桥 在设 置横 隔板后 能否 改善企 口缝混 凝 土 的 受力 性能 , 本文 以一座 2 2 5 m 装配式 预应 力混凝 土 空 心板 桥 为例 , 探 讨空 心板 设 置 横 隔板 后 对 企 口缝 混 凝 土力 学性 能 的影响 。 1 有 限元计算模型 以连霍高 速公路 改扩 建工 程 中的一座 典型 的装 配 式预应力混凝土空心板桥 为研究对象 , 该桥纵 向跨径 为 2 2 5 m, 计算跨径为 2 2 4 4 I n , 两端简支 , 横 向由宽 为 1 4 9 i n的 7片空
7、心 板组成 , 桥 梁 横断 面 布置 如 图 1 所 示 。各空 心板 由混 凝 土企 口缝 连 接 , 企 口缝 构 造 如 图 2所示 。 应用有 限 元 程 序 Mi d a s C i v i l , 选 用 空 间 8节 点 6 面体实体单元 , 建立该桥梁整桥三维实体有限元计算 模 型 , 模 型横断 面如 图 3所示 。 在有限元建模 中, 对截面顶板处的普通钢筋区采 用 钢筋 与混凝 土 的折算 弹性模量 考 虑顶板 处普 通钢 筋 的影响 , 对底 部 的 预应 力 钢 筋 作 用 区 域 , 采 用 预 应 力 筋 、 普 通筋 以及混 凝土折 算后 的弹 性模量 , 即
8、取 均化 的 钢筋混凝土折算弹性模量 l o l ; 桥面板 、 企 E l 缝、 混凝土 桥面铺装及护栏等均用实体单元 , 其 中企 IS l 缝混凝土 与空心板单元之 间采用共节点处理 。在计算模型 中, 采用的坐标系为: 轴为沿桥纵向( 向右为正向) , y轴 为沿 桥横 向 ( 向 内为 正 向) , Z轴 为 竖 直 向 ( 向上 为 正 向) 。该 桥为简 支空 心 板桥 , 边 界 条件 设 为 两端 简 支 , 该 空心 板桥共设 有 2 8个 支座 。 根据横隔板设置的情况 , 共考虑 3种计算模型 : 1 ) 无 横 隔板 , 无 横 隔板 的 桥梁 整体 空 间有 限元
9、计 2 0 1 2年第 9期 空心板设置横隔板对企 口缝混凝 土力学性能的影响分析 9 图 1 桥梁横断面布置 ( 单位 : e m) 图 2企 口缝 构造( 单位 : c m) 图 3 桥 梁有限元计算模型横断面 算 模 型 ; 2 ) 端横 隔板 , 在 两 端部 位 设 有 端横 隔板 的桥 梁 整 体 空 间有 限元计 算模 型 ; 3 ) 有横 隔板 , 在 两 端及 跨 中部 位均 设 有 横 隔 板 的 桥 梁整 体空 间有 限元 计算 模 型 。 根 据工 程实 际所 采用 的数 据 , 横 隔板 的厚 度 为 2 0 c m, 在计 算 中考 虑两种 活 载工况 。 工 况
10、1 : 对 称荷 载 , 即在 桥梁 横 向 以桥 中心 线 为 中 心 对称 设两 列 车辆 , 纵 向按桥 梁最 不利 弯矩 位置 布 置 ; 工 况 2 : 偏 载 , 即沿 桥梁 横 向距 护 栏 0 5 m 处 设 两 列 车辆 , 纵 向按 桥梁 最不 利弯 矩位 置布 置 。 2 计 算结果及分析 通 过对 3种 横 隔板设 置模 型分 别在 2种 荷载 工 况 作 用进 行计 算 , 得 出各企 口缝 混凝 土 的受力 性能 , 选 用 5种应 力 来说 明设 置横 隔板 对 企 口缝 混凝 土受 力 性 能 的影 响 。这 5种 应力 分别 是 : S I G 纵 向正应 力
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