斜交角度對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁受力特性的影響

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1、鐵道建筑2013年第3期RailwayEngineering文章編號(hào)：1003．1995(2013)03—0005．03斜交角度對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁受力特性的影響李金龍，賈艷敏，閔兆興(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040)摘要：以空心板梁靜載試驗(yàn)為背景，使用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)相同跨徑、不同斜度的空心板梁單梁受力特性進(jìn)行分析，得出跨中截面撓度、應(yīng)力隨斜度的增大而增大，支點(diǎn)反力在鈍角區(qū)隨斜度的增大而增大的規(guī)律，為裝配式斜交空心板的設(shè)計(jì)、分析提供參考。關(guān)鍵詞：斜度空心板梁靜載試驗(yàn)有限元中圖分類號(hào)：U448．36；U441文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10．3969／j

2、．issn．1003—1995．2013．03．02高速公路的大力建設(shè)是為了適應(yīng)全國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加快區(qū)域之間的溝通與交流。為了滿足選線的需要，斜交跨越的方案往往更加合理。空心板梁由于構(gòu)造簡單，施工方便，建筑高度小，因而在斜交方案中使用較多。但是預(yù)應(yīng)力混凝土斜交空心板的受力特性比較復(fù)雜，它不僅具有斜交橋的特點(diǎn)，同時(shí)也因?yàn)槠渫诳章瘦^大，壁厚較小，又具有薄壁結(jié)構(gòu)的特性，這使得預(yù)應(yīng)力混凝土斜交空心板橋的設(shè)計(jì)十分不便¨。。本圖1跨中截面尺寸(單位：mm)文通過有限元分析軟件對(duì)不同斜度的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁進(jìn)行計(jì)算、分析，得出斜度對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁受力特性的影響，為工程設(shè)計(jì)提供參考。1

3、現(xiàn)場試驗(yàn)本文以某高速公路預(yù)制梁場單梁靜載試驗(yàn)為依托，對(duì)該梁場所生產(chǎn)的斜度45。、跨徑20In的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)(截面尺寸如圖1所示)。試驗(yàn)采用鋼絞線進(jìn)行三級(jí)加載，在跨中和端點(diǎn)圖2現(xiàn)場測點(diǎn)布置(單位：mm)以磁力表架為支撐，用百分表設(shè)置撓度測點(diǎn)。在跨中截面沿梁高方向布置混凝土應(yīng)變片，用BZ2205C型應(yīng)變測試儀測量加載時(shí)混凝土所產(chǎn)生的微應(yīng)變，現(xiàn)場測點(diǎn)如圖2、圖3所示。每級(jí)加載后待梁體穩(wěn)定后記錄試驗(yàn)讀數(shù)，得到荷載對(duì)梁體跨中截面應(yīng)力以及撓度產(chǎn)生的影響?，F(xiàn)場加載情況如圖4所示。2斜度對(duì)空心板梁受力特性影響分析2．1分析模型的建立通過ABAQUS有限元分析軟件建立相應(yīng)模型。圖

4、3梁體及測點(diǎn)外觀主梁采用Solid三維實(shí)體單元，單元類型為C3D20R。預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過Truss單元模擬。用降溫法實(shí)現(xiàn)梁收稿日期：2012-10—10；修回日期：2012．11—10體的預(yù)應(yīng)力。作者簡介：李金龍(1988一)，男，遼寧丹東人，碩士研究生。工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)與ABAQUS有限元分析軟件模擬6鐵道建筑數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。由表1可見，模型計(jì)算所得數(shù)值與現(xiàn)場實(shí)際試驗(yàn)值接近。因此，本模型可以反映實(shí)際加載時(shí)空心板梁的受力特性。同樣，用ABAQUS有限元軟件分別模擬交通部《公路橋梁通用圖》跨徑為20m，斜度為0。，15。，30。和45。的預(yù)應(yīng)力空心板梁單梁模型(截面尺寸如圖1所示)。

5、按照公路．I級(jí)的荷載要求，以跨中截面荷載效應(yīng)相等為原則換算出靜載試驗(yàn)所需的試驗(yàn)荷載。在跨中施加集中荷載P=78kN，P2=156kN，P騶=234圖4現(xiàn)場加載情況kN(其中PP舵，P∞分別為設(shè)計(jì)荷載的30％，60％，表1靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)與ABAQUS有限元軟件計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比注：本文在彈性階段分析梁體受力特性，該表只列出一級(jí)、二級(jí)加載的對(duì)比值。90％)；在彈性范圍內(nèi)分析斜交角度對(duì)空心板梁受力圖5表明，在跨中集中荷載PPP作用下，跨特性的影響。中截面撓度隨斜度的增大而減小。當(dāng)斜度<15。時(shí)，這2．2斜度對(duì)撓度的影響種變化較小。當(dāng)斜度>15。時(shí)，這種變化隨斜度增大變撓度作為工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要

6、設(shè)計(jì)指標(biāo)，直觀得更大。斜度15。，3O。，45?？招陌辶旱膿隙确謩e約為地反映了截面的彎矩大小。在分析模型中，通過跨0?？招陌辶旱?6．9％，87．3％，71．O％。由于斜度的中施加PPP荷載求得跨中撓度變化如圖5所存在，在跨中集中載的作用下，表現(xiàn)出彎扭耦合效示。三級(jí)加載后的變形云圖如圖6所示。應(yīng)，即空心板梁產(chǎn)生彎矩的同時(shí)伴隨產(chǎn)生相應(yīng)的耦合扭矩，產(chǎn)生扭矩的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的彎矩；也就是斜梁的豎向撓曲變形和扭轉(zhuǎn)角之間對(duì)應(yīng)著耦合效應(yīng)，導(dǎo)致跨中彎矩的折減，進(jìn)而所反應(yīng)出的撓度變形l減小。越導(dǎo)2．3斜度對(duì)跨中截面應(yīng)力的影響搬《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62-2004)

7、中對(duì)全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件明確規(guī)定，在荷載作用下，正截面的受拉邊緣不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此對(duì)于構(gòu)件特征截面的應(yīng)力控制在設(shè)計(jì)和施工中顯圖5集中載PPP作用下跨中得尤其重要。沿空心板梁高度方向取5個(gè)應(yīng)力點(diǎn)，距截面撓度隨斜度變化曲線梁底高度分別為60mm，292mm，475mm，658mm，825mm，分析在跨中集中荷載PP，P船作用下各點(diǎn)的應(yīng)U．U2+5．932e~力變化。如圖7、圖8和圖9所示。爵一088-I．928e+00綜合圖7、圖8和圖9可知：在跨中集中力作用辭：至貓譬下，空