简支预应力矮肋T梁抗弯承载力试验分析★

王 今 王亚博 朱安东 张宏祥*

(东北林业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040)

1 概述

在我省中小跨径公路桥梁的上部结构中，空心板结构最为常见，空心板的最大优点是结构高度小，这对于降低路基高度节省工程造价有重大意义，但空心板的挖空率低、自重大，且不易保证顶底板和钢筋保护层厚度，同时结构高度小也导致了截面有效高度较低，降低了结构的抗弯刚度。在桥梁上部结构形式中矮肋T梁能较好的解决上述缺点，且具有结构高度小、施工方便、横向稳定性好、受力合理、耐久性好等优点[1-5]。雷波[6]运用解析法和空间有限元法对矮肋T梁进行分析，结果表明矮肋T梁益用于小跨径桥梁上部结构；金秀辉[1]对预应力矮肋T梁的静力性能、动力性能等各类力学性能指标进行测试分析，结果表明预应力混凝土矮肋T梁桥是一种性能良好、利于施工、耐久性良好的结构形式，可广泛运用于中小跨公路桥梁中。

为了掌握简支预应力混凝土矮肋T梁在荷载下的受力和工作特性，本文建立20 m单跨简支预应力混凝土矮肋T梁计算模型，模拟矮肋T受荷下力学响应，并对5∶1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梁的破坏规律和极限承载能力，为相关梁桥承载能力的评定和规范的修订提供参考。

2 矮肋T梁极限承载力试验

2.1 试验装置

根据关键截面等应力原则，将20 m简支预应力混凝土矮肋T梁缩尺成4.2 m的模型梁，缩尺后的模型梁的构造图和配筋图如图1所示。设计模型梁高为0.543 m，翼板宽为0.835 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/mm2,非预应力筋采用HRB400。

2.2 试验测试方法

试验模型梁采用橡胶支座，在简支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11 kN一个加载等级，试验装置如图2所示。在每一个荷载等级到位并且稳定后测定挠度的数值并观察裂缝。在简支梁的L/4,L/2,3L/4处自上而下各布置8个应变测点；在简支梁的L/4,L/2,3L/4及2支座各布置2个百分表测量竖向挠度。整个试验的应变和挠度测点图如图1所示。

3 试验分析

3.1 跨中挠度曲线分析

结构在加载过程中的挠度可以表现出构件刚度的大小，为了更加直观的了解预应力混凝土矮肋T梁在加载过程中梁体位移的变化和趋势，将单跨预应力混凝土矮肋简支T梁沿梁长的挠度连成折线，如图3所示。

从图3可以看出，试验梁位移呈中心对称，说明在试验加载时没有偏载的情况发生，截面横向受力均匀，扭转效应忽略不计，且逐级加载时各测点挠度值增加比较均匀，没有出现明显的挠度突增，表明结构仍然处于弹性阶段。试验梁在加载至35 kN时，最大位移为0.387 mm。

3.2 跨中底缘混凝土应变分析

预应力混凝土矮肋T梁在实际运营中为不允许出现裂缝，即全预应力混凝土梁。在受弯荷载作用下，弯矩最大截面为跨中截面，因此本文将分析腹板最下缘混凝土应变，研究在受弯加载下最下缘混凝土的应变响应，如图4所示。

从图4中可以看出，预应力混凝土矮肋T梁跨中底缘混凝土应变在受弯加载和卸载过程中均呈线性增长，在卸载后截面混凝土应变无残余应变，试验梁梁体处于弹性工作阶段。在35 kN荷载作用下跨中截面底缘混凝土的应变只有58.389 με，而混凝土的极限拉应变为104 με，由此可得在此受弯加载过程中试验梁混凝土没有产生裂缝且处于弹性阶段。

3.3 受拉钢筋应变分析

在预应力混凝土矮肋T梁受弯试验时，为了更好的分析试验梁受拉钢筋在加载过程中应变的响应。在预应力混凝土矮肋T梁下缘的2根受拉钢筋L/4,L/2,3L/4处各粘贴了钢筋应变片。图5给出预应力混凝土矮肋T梁受弯加载时跨中钢筋应变变化曲线。

从图5中可以看出，预应力混凝土矮肋T梁跨中底缘受拉钢筋应变在受弯加载和卸载过程中均呈线性增长，在卸载后受拉钢筋应变无残余应变，试验梁梁体处于弹性工作阶段。在35 kN荷载作用下跨中受拉钢筋的应变为51.916 με，而跨中截面底缘混凝土的应变为58.389 με，两者应变基本一致，说明试验梁内钢筋与混凝土变形统一，钢筋和混凝土之间粘结良好。

4 结语

本文对预应力混凝土矮肋T梁进行受弯加载试验，分析了在受弯荷载作用下梁体的挠度、跨中截面底缘混凝土拉应变、跨中截面受拉钢筋应变，并得到如下结论：

1)对试验梁受弯加载过程中没有观测到裂缝，对预应力混凝土矮肋T梁处于全截面受力状态。

2)对试验梁受弯加载过程中，预应力混凝土矮肋T梁梁体挠度和受力响应均为弹性增长，卸载后无残余变形，试验梁处于弹性工作阶段。

3)对试验梁受弯加载过程中，预应力混凝土矮肋T梁跨中截面底缘混凝土和钢筋应变基本一致，钢筋与混凝土之间握裹良好，处于共同受力阶段。