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混凝土箱梁的短期与长期受力性能

曹国辉  
【摘要】: 体外配置碳纤维(CFRP)筋预应力混凝土薄壁箱梁将成为新建桥梁结构修建和现有桥梁结构加固的一种较好的结构形式,而国内外有关该方面的研究尚未见文献报道。目前对混凝土连续箱梁的受力性能研究多局限在短期弹性受力阶段,有关混凝土连续宽箱梁开裂后的结构内力重分布和长期受力性能等方面的研究很少。针对目前很多混凝土薄壁箱梁普遍存在开裂严重等病害现象,本文对混凝土薄壁箱梁的短期与长期受力性能进行了深入研究,以探求混凝土薄壁箱梁的长期受力性能,本文完成了以下主要工作: (1)对配置体外CFRP筋预应力混凝土薄壁箱梁进行了短期受力性能试验,根据换算截面法和变分原理,推导了开裂混凝土简支箱梁均布荷载作用、集中荷载作用下截面的剪力滞系数分布规律。分析表明:考虑混凝土开裂引起跨中截面翼缘有效分布宽度系数的变化在5%以内。 (2)对钢筋混凝土连续箱梁进行了短期受力性能试验,由于混凝土开裂和橡胶支座不均匀沉降将引起连续梁结构内力重分布。运用变分原理采用解肢法和换算截面法对连续箱梁均布荷载作用下的剪力滞效应进行了分析。分析表明:边跨边支座至反弯点间的简支梁段、反弯点之间的简支梁段在混凝土开裂后,开裂点附近均出现负剪力滞效应,混凝土开裂引起中间支座截面翼缘有效分布宽度系数较弹性状态偏大,按变分原理偏大9.1%~14.8%,按试验结果偏大7.7%~13.7%。混凝土开裂引起跨中截面翼缘有效分布宽度系数的变化在4%以内。 (3)对10根混凝土矩形截面梁,包括6根普通钢筋混凝土梁和4根CFRP片材加固梁进行了673d的长期受力性能试验,运用徐变换算截面法预测了长期挠曲变形。研究表明:碳纤维片材对混凝土梁的长期挠曲变形影响很小;对CFRP片材加固梁进行了参数分析;对钢筋混凝土梁的截面应力进行了分析,与实测结果吻合较好;按现行设计规范能较好地预测混凝土矩形截面梁的长期挠曲变形。 (4)对体外配置CFRP筋预应力混凝土薄壁箱梁均布荷载作用下的长期受力性能进行了1001d的试验研究。长期荷载作用引起受拉钢筋的应变变化相对较小,受压钢筋的应变变化相对较大,顶板压应变分布呈均匀分布趋势。按现行规范JTGD62-2004计算薄壁箱梁特征裂缝宽度时,建议取与构件受力性质有关的系数C_3=1.25,采用规范GB 50010-2002计算最大裂缝宽度时,建议取构件受力特征系数α_(cr)=2.7,此时裂缝宽度理论值与实测值吻合较好。采用徐变换算截面法分析了预应力混凝土箱梁持续荷载作用下的截面应力应变分布规律,理论计算值与实测结果吻合较好。运用双线形法和截面曲率法分别对预应力混凝土箱梁的长期挠曲变形进行预测,持荷1001d实测跨中挠度增大系数较现行规范规定值偏大18.5%,建议取长期挠度增长系数η_θ=2.45,此时长期挠度变形理论预测值与实测结果吻合较好。 (5)对钢筋混凝土连续箱梁均布荷载作用下的受力性能进行了1006d的试验研究,受拉钢筋的应变增长相对较小,受压钢筋和受压混凝土的应变增长相对较大,且跨中截面的压应变增长较中间支座截面显著,受压翼板应变分布呈均匀分布趋势。对试验模型持荷1006d的内力重分布规律进行了试验观测,与理论预测结果吻合较好。现行设计规范经参数修正后能较好的预测连续箱梁各控制截面的裂缝宽度,跨中长期挠曲变形实测值较理论计算值偏大约11.4%。


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