两跨连续预应力矮肋T梁应变分析★

2018-07-04赵启睿玄甲强马新腾郭墨晗贾艳敏

山西建筑 2018年15期

赵启睿玄甲强马新腾郭墨晗贾艳敏*

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

1 试验背景

中小跨径桥梁在实际工程中占有较大的比重，小箱梁结构由于其铰缝处施工质量无法保证，容易在使用阶段发生断裂和破坏。预应力混凝土矮肋T梁为中小跨径桥梁设计提供了新的选择，它具有结构高度小，施工便捷，耐久性好的特点。为了掌握连续预应力混凝土矮肋T梁在荷载下的受力和工作特性，本文建立20 m两跨连续预应力混凝土矮肋T梁计算模型，模拟矮肋T受荷下力学响应，并对5∶2缩尺后的模型梁进行破坏试验，通过对比模拟数值和试验数据，分析矮肋T梁的破坏规律，为预应力混凝土矮肋T梁的应用提供参考。

2 矮肋T梁极限承载力试验

根据关键截面等应力原则，将20 m连续预应力混凝土矮肋T梁缩尺成8.2 m的模型梁，模型梁的构造图和配筋图如图1所示。贴应变片时，先用角磨机把钢绞线打磨出一个平面，再用速干胶将应变片粘在钢绞线表面。设计模型翼板宽0.845 m,梁高0.543 m，混凝土强度等级为C40，预应力筋为N1和N2两根9φ15.2 mm钢绞线，强度设计值fpy=1 860 N/mm-2,非预应力筋采用HRB400。

试验模型梁采用橡胶支座，在每一跨试验梁跨中放置方钢做分配梁，分配梁上放置有压力传感器，采用两台150 t液压千斤顶同时加载，模型梁开裂前每20 kN一个加载等级，模型梁开裂后每40 kN一个加载等级，试验装置如图2所示。现场试验时，先将T型梁表面清理干净，再将应变片用松脂等距粘贴在第二跨梁跨中腹板位置。贴钢筋应变片时，先用角磨机把钢绞线打磨出一个平面，再用速干胶将应变片粘在钢绞线表面，当荷载等级到位并且稳定后测定混凝土及钢绞线应变的数值并观察裂缝。

3 矮肋T梁应变分析

3.1 平截面假定的验证

各级荷载下，T梁沿梁高变形的变化趋势见图3，图4。由此可以判断试验梁是否为欧拉—伯努利梁，即截面在试验过程中是否满足平截面假定。如图3所示，在荷载达到160 kN以前，应变沿梁高基本呈直线变化。当荷载加载至160 kN，梁体出现裂缝，图形开始偏离直线。对比图3，图4可以看出各折线交点开始上移，说明梁体的中性轴位置逐渐上移，但是各个折线仍与直线相近，表明梁体基本符合平截面假定。

3.2 荷载—应变曲线分析

通过得到如图5所示的荷载—钢绞线应变曲线，探究钢绞线应变随荷载的变化规律。由图5可以看出，在荷载达到160 kN以前，荷载—应变图形近似为一条直线，表明钢绞线在此时处于弹性工作阶段，具有理想的弹性性质。当荷载达到160 kN时，已知此时对应梁体出现裂缝，曲线斜率开始变缓。经分析其原因应该是梁体出现裂缝，钢绞线开始承担原本由混凝土承担的应力，导致曲线斜率变缓，即应变突增。当荷载加载至280 kN时，荷载—应变图斜率进一步变小，表明此时钢绞线达到其屈服强度，钢筋应变增加进一步加快。

3.3 裂缝分析

以一跨梁为例，试件加载至160 kN时，梁跨中区域开始出现裂缝。从裂缝产生伊始至加载到240 kN，裂缝数目不断增加，A面裂缝数目由6条增至12条。随着荷载继续增加至280 kN，纯弯区裂缝数目基本不变，但裂缝宽度持续增加，其中裂缝宽度最大为0.47 mm。整个试验过程可以看出T梁的破坏形态为适筋梁破坏，在图6中可以看出裂缝基本呈对称分布。每级荷载下的裂缝走向及宽度如图6所示(A,B,C,D分别表示180 kN,200 kN,240 kN,280 kN下的裂缝示意图)。

3.4 对比分析

运用结构设计有限元分析软件Midas模拟梁的加载，并将混凝土沿梁高应变的试验值与实际值进行对比，进而得到如图7所示的微应变模拟值随梁高的变化规律图。由于仅是利用Midas分析梁体开裂前的变化，且忽略了梁体的非弹性变形，故其应变沿梁高呈直线变化，中性轴位置不变。对比图3，发现模拟结果在160 kN以前与实际结果吻合较好。