轨道交通预应力混凝土U形梁极限承载力试验研究.pdf
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1、2 0 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i n g Ma r c h, 2 01 5 文 章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 2 0 0 4 轨道交通预应力混凝 土 U形梁极 限承载力试验研究 王 炎 , 钱利 芹 , 肖 林。 ( 1 浙 江理工大学 建筑工程学 院, 浙 江 杭州3 1 0 0 1 8 ; 2 金华市婺城区公路管理段 , 浙江 金华3 2 1 0 0 0 ; 3 西南交通大学 土木工程 学院 , 四川 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘 要 : 为研 究城 市轨 道 交通预应 力 混凝 土 U形
2、 梁的 力学性 能 , 对 一座跨 度 为 3 0 m 的预应 力 混凝 土 u形 简 支梁桥进 行 了静 栽破 坏试验 。试 验 中测试 了主 梁关键 截 面混凝 土和钢 筋 的应 变以及 竖 向位 移与荷 载 之 间的关 系 , 详 细分析 了梁体破 坏过 程 与破 坏 特征 。研 究得 到 了如 下 结论 : 主 梁 的 消压 弯矩 为 1 3 1倍 设计荷载, 在加载至 2 0倍设计荷载时主梁开始进入 塑性阶段 , 破坏荷载为 2 7倍设计荷载; 加载过程 中底板 出现较为明显的横 向应变, 表明底板具有典型的空间板 受力效应 ; 梁体破坏过程表现 出明显的延 性 , 表 明结构 设计
3、 合理 , 具有较 强 的安全储 备 。 关键词 : 城 市轨道 交通预应 力混 凝 土 U形 梁 极 限承 载力 破 坏 试验 中图分 类号 : U 4 4 6 1 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 5 2 0 1 5 0 3 0 6 近年来 , 随着 城市 轨道交 通 的快速 发展 , 预应力 混 凝土 u形梁的应用 日趋广泛 。 。与传统箱形轨道梁 相 比 , u形 梁 不仅 具有 降噪 效果 好 、 造 形美 观 、 断面 利 用率高、 造价低廉等优点 , 同时, u形梁还可以减少桥 梁 的建筑高 度 , 特
4、别适 合 桥 下 净空 受 限制 的城 市 轨 道 交 通 。u形 梁采 用 主 梁腹 板 作 为 受 力构 件 , 正 弯 矩 作 用下腹板下缘及道床板受拉而存在开裂的可能 , 因此 需要合理地配置预应力束才能保证结构的安全性与耐 久性 。u形 梁 的 荷 载 主 要 通 过 底 板 传 递 至 纵 梁 下 部 , 纵梁下缘承受吊拉力作用, 纵梁与底板连接处受力 复杂 。 同时 , 由于 u形 梁 是 开 口薄 壁 构件 , 因 此 其 抗 扭 性 能相对 于箱 形结 构来说 较差 。 要推广 u形梁的应用 , 有必要先对其力学性能进 行 深 入研究 。本 文针 对重庆 轻轨 交通后 张法
5、预应 力混 凝 土 u形简 支 梁 , 通 过 实 桥 的 破 坏 试 验 , 对 其 静 力 行 为 、 抗 裂性 、 极 限承载 力 等 进行 了研 究 , 对评 价结 构 承 载力 、 耐久性 具有 重要 意义 。 1 试验概 况 1 1结构概 况 某 后张 法预 应力 混凝土 u形 简支梁跨 度 为 3 0 m, 跨 中梁高 1 8 m, 端部梁高 1 9 4 1 11 。混凝土行 车道板 设置在距 离底板 中心线两侧 3 0 e m处 , 宽 8 0 e m、 高 3 0 e m, 轻轨 轨道铺 设 于 行 车道 板 之 上 , u形 梁 构 造 如 收稿 日期 : 2 0 1 4
6、- 0 4 - 2 1 ; 修 回日期 : 2 0 1 4 1 l 一 2 0 作者简介 : 王炎 ( 1 9 8 2 一) , 男, 安徽萧县人 , 讲师 , 博士。 图 1 所示 。梁体采用 的混凝土强度等级为 C 5 5 , 底板 混 凝土 掺聚丙 烯纤 维 , 主梁沿 纵 向布置 1 0束 预应力 筋 ( 两腹板各布置 1 束纵 向预应力筋, 底板布置 8束纵 向 预 应力 筋 ) 。单 线 预制 u形梁 自重 1 7 8 0 k N。 垦 5 00 图 1 U形梁横断 面( 单 位 : m m) 1 2加 载方 案 为研究预应力混凝土 u形梁在荷载作用下应力 、 变 形与 裂缝 的发
7、 展 规 律 , 本 文 对 结 构 进 行 破 坏试 验 。 对于简支 U形梁来说 , 主要承受弯矩 , 在使用过程 中, 跨 中是受弯的最不利截面。因此首先按照规范计算 u 形梁在设计荷载作用下跨中的最大弯矩, 然后以此为 基准荷载分级施加 , 直至结构破坏。设计荷载如表 1 所 示 。试验 加 载 布 置 如 图 2和 图 3所 示 。二 期 恒 载 ( 均布荷载) 采用混凝土块施加, 活载( 集 中荷载) 采用 钢 锭模 拟 。 2 测点布 置 2 1应 力测 点布 置 试验采用振弦式混凝土应变计测量 u梁表 面混 射 T 2 0 1 5年第 3期 王炎等 : 轨道交通预应力混凝土 u
8、形梁极 限承载力试 验研究 2 1 表 1设计荷载及对应跨 中弯矩 活载轴重布置 图 2 模 型加载纵断面示 意( 单位 : c m) 一 图 3模型加载横断 面示 意 凝 土应力 , 采 用埋 入式振 弦钢 筋应 变计 测量 钢筋 应力 。 桥 梁应力 测试 断 面布 置如 图 4 ( a ) 所示 , 分 别在 主 梁 支 座处 、 1 2跨 及 距 跨 中 3 0 o m 5个 断 面 上 布 置 应 力 测 点 , 各测试断面应力测点布置如图 4 ( b ) 和图 4 ( c ) 所 示 , 全桥共布置贯穿钢筋应力测点 9 6个 , 混凝土应力 测 点 1 7 0个 。 2 2位移 测
9、点 布置 试验 采用 千分 表进 行位移 测量 。分 别在 主梁 支座 处 、 1 4跨及跨 中5个断面上布置千分表 , 每个截面在 上翼缘外侧水平对称布置 2个千分表测量 主梁的倾覆 位移 , 在底板底部布置 3个千分表测量主梁的竖向位 移 。全桥共 布 置位移 测 点 2 5个 。 3试验结果 3 1梁体 破坏 形态 在试 验 加 载 过 程 中,当 跨 中 最 大 弯 矩 达 到 1 6 7 2 2 3 k N m 时 , 底板 下缘 出现横 向裂缝 , 此 时对 应 的弯矩即为消压弯矩 , 相当于 1 3 0 8倍 的设计荷 载; 当 加载至跨中最大弯矩约为 1 8 9 4 4 k N
10、 m时 , 横 向裂缝 主要 在 跨 中4 I n范 围 内 出 现 , 纵 向裂 缝 主要 在 7 5 2 2 5 m 范 围 内 出现 ; 当加 载 至跨 中最 大 弯矩 约 为 2 1 5 6 9 k N m时 , u肋 侧 面开 始 产生 竖 向裂缝 , 裂缝 主 要在跨 中 8 i i l 范围内出现 ; 当加载至跨 中最大弯矩约 为 2 4 3 4 8 k N m 时 , 在支座 附 近首次 出现 斜 向裂缝 。 T1 北 VT1 VT1 北 ( a ) 应力测试 断面布置( 单位 : c m) B1 B2 B3 B4 B5 B6 -纵向混凝土应变计 - 纵向及横向混凝土应变计 (
11、 b ) 混凝土表面应力测点布置 VB1 VB2 VB3 V B4 VB5 VB 6 纵 向钢筋计+ 纵 向及横 向钢筋计 ( c ) 钢筋应力测点布置 图 4 主梁应变测点布置 T4 南 V T 4 VT 4 南 在试 验加 载完 成 后 , 底 板 的裂 缝 主要 出现 在 跨 中 1 8 m范 围 内 , 横 向 裂 缝 长 度 1 03 8 I n , 裂 缝 宽 度 0 2 0 5 mm, 其 中横 向贯通裂缝 2 6条 ; 纵 向裂缝长 度 21 0 m, 宽 度 0 1 4 0 3 2 m m; U肋 竖 向裂缝 主 要 出现在跨 中 1 8 m范 围内 , 裂 缝 长度 0 5
12、1 5 m, 裂 缝 宽度 0 1 2 0 3 2 m m; 支 座 附 近 U肋斜 向裂 缝 主 要 出 现 在离支 座 5 m 范 围 内 , 裂 缝 长 度 0 21 5 m, 裂 缝 宽度 0 1 0 0 1 8 m m。 3 2跨 中截面 混凝 土纵 向应 变测试 结果 试验 过程 中 , 当 荷 载加 载 至 2 7倍 的 设计 荷 载 时 主梁 失去 承 载 能力 , 底 板 与 u肋 下 方 均 出现 开 裂 , 混 凝 土表 面应变 测点 失效 , 因此 本文 仅 分 析 u肋 上 翼 缘 混凝 土应 变测 点 的测试结 果 。 图 5给 出 了跨 中截 面 u 肋上 翼缘
13、混凝 土纵 向荷 载一 应变 曲线 。从 图 中可 以看 出 , 在加 载至 2 7倍 设计荷 载 时 , u肋 上翼 缘 混凝 土 均 出现 压 应 变 , 顶 面 混 凝 土 纵 向 压 应 变 为 一1 5 8 1 X l 0。 。 。 , 距 上 翼 缘 顶 面 1 0 o m 处 混 凝 土 纵 向 压 应 变 为 一 1 2 5 9 1 0 。 3 3跨 中截面 钢筋 纵 向应 变 测试 结果 图 6分别给出了跨 中截面 u肋上翼缘 以及底板 上下缘钢筋应变 的测试结果 。从图 6可以看 出, 在荷 载作用下 , u肋上翼缘钢筋应变测点均出现压应变 , 底 板上 下缘 钢筋应 变
14、测点 均 出现拉应 变 。在试 验荷 载加 载至 2 7倍 设计 荷 载 时 , U肋 上 翼 缘 钢筋 最 大压 应 变 为 一1 3 5 51 0 , 底 板 上 缘 钢 筋 最 大 拉 应 变 为 3 1 4 2 2 2 铁道建筑 2 x 争 ( 捌 匿 足 跨中弯矩 ( MN 11 1 1 ( a 1 u 肋上翼缘表面测点纵向应变 曲线 5 l 0 1 5 2 0 2 5 30 跨 中弯矩 ( MY m) 【 b 1 上 翼缘表面 以下 1 0 c m 测 点纵 向应变 曲线 图 5 混凝土表面应变测点荷载一应 变曲线 1 0 , 底板下缘钢筋最大拉应变为4 0 5 81 0。 。 。
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