混凝土t梁和箱梁公路桥在交通运输中受循环荷载作用的破坏外文翻译资料

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混凝土t梁和箱梁公路桥在交通运输中受循环荷载作用的破坏

摘要

混凝土浇筑的t梁桥通常由浇筑梁和桥面组成，在梁和桥面之间形成一个冷连接。在一定的情况下，这种接头会出现裂隙和明显的滑移，导致钢筋穿过接头断裂，大大降低了凸缘和腹板之间的复合作用。在观察了部分桥梁的运动情况后，在美国西南部40号州际40号公路(I-40)的12个五梁t梁桥上进行了详细的评估，并确定了其中的潜在失效机制。此外，已知碱硅反应(ASR)影响该地区的桥梁;因此，该研究评估了ASR是否导致了失败。其中几个因素被确定为失效机理的因素，包括原始设计标准中有限的循环载荷识别，重型卡车交通量大以及车轮负载不平衡造成的横向力矩。在调查后，建议对类似现有桥梁的建筑接缝进行特别检查。2010爱思唯尔有限公司版权所有。

1 介绍

最近在现浇混凝土T型梁和箱梁桥中发现了一种失效机制，为推荐的桥梁检查增加了一个新的复杂程度。该机制表现为沿着桥面板和梁腹板之间的水平施工接缝的过度开裂和移动，导致横跨接缝的箍筋断裂（图1），翼缘和杆之间的复合作用损失以及剪切开裂在T形梁的腹板中（图2）。甚至通过特写视觉检查，联合开裂和运动的大小与箍筋断裂也是极难检测。技术文献中以前没有报道过这种在役桥梁的性质。

在这次调查中，已经研究了12座T型梁桥，以便讨论导致这种失效的情况并得出结论。 对所有桥梁进行视觉检查和破坏性测试，审查桥梁设计，评估特定区域的重量运动数据，并对桥梁进行分析研究。

研究重复或循环疲劳载荷下研究剪切界面行为的研究很少。 有一些来自地震应用研究的数据表明，在剪切界面达到其极限能力之后，能力显着下降。 就耐疲劳性而言，报告的数据量很小，可用的数据有时是相互矛盾的，许多研究人员提出了优秀的耐疲劳性。 斯克里布纳和威廉[1]研究了在静态循环非弹性弯曲过程中具有不同箍筋细节的钢筋混凝土T形梁的行为。 调查的三种箍筋包括闭合箍筋和两种具有不同锚固细节的U形箍筋。 作者指出，与本文所研究的类似，具有90度挂钩的U形箍筋的T形梁的容量降低的可能性。

Giaccio等人的研究。 [2]表明，除了腹板的贡献之外，T形梁的翼缘可以显着提高剪切能力。 设计规范通常忽略此贡献。 这可以通过以下事实来解释：腹板中的对角线裂纹必须通过翼缘传播，以便发生完全的对角线剪切失效。 腹板和翼缘之间的水平界面代表了一个替代的故障路径，可以控制凸缘是否足够坚固，和/或腹板/凸缘是否薄弱。 当界面上存在施工缝时，情况尤其如此。

Taplin和Al-Mahaidi [3]对澳大利亚现有的T型梁桥进行了分析研究，在桥梁经过负荷测试失败并拆除之前和之后。 他们报告说，如果在腹板和翼缘之间存在冷接点，在循环载荷下剪切能力可能降低高达25％。 这一发现支持了I-40桥梁水平连接失效的发生，尽管编码剪切方程预测水平剪力比垂直剪力更高。

图1. 钢筋穿过施工缝的断裂 图3.典型的双跨五梁T形梁桥

图2.在T形梁的腹板上剪切开裂

混凝土 - 混凝土界面的抗剪承载力受到负载的反复循环和重复疲劳类型的负面影响。在这项研究中，冷连接经历了由卡车交通引起的大量反复剪切循环。另外，当轮载荷跨越中跨时，靠近梁中部的剪应力经历剪切反向。 Kono等人[4]进行了26次直剪试验以研究冷节点的地震剪切传递能力。他们观察到木钉行为主要受弯曲作用的影响，界面处的钢不会产生张力，这与传统的剪切摩擦理论相反。他们报告了在峰值应力下0.2-2.0毫米的连接处的滑移，并且由于循环加载导致剪切摩擦能力降低了高达50％。 Pruijssers等人的研究。 [5]表明，重复加载时的剪切摩擦能力仅在107次循环后就降低了50％。虽然预计这两种效应的结合会导致更大程度的减少，但研究并没有在文献中找到研究疲劳反转载荷效应的研究。

Rao [6]的论文描述了用于设计组合剪切力矩和弯矩的腹板翼缘接口的几种方法。 这种情况通常出现在T形梁和箱梁结构中，并且可能会导致接头弯曲和剪切的组合，这可能会超过基于纯剪切设计的接缝的能力。 这些方法适用于箱梁和T型梁桥，特别是在腹板和翼缘之间有冷接头的桥梁，如本文所研究的那些。

2背景

这次调查是多方面的，包括实地考察，收集有关桥梁和危险情况的信息，进行破坏性调查和取样，审查桥梁的设计和检查文件，以及对桥梁进行分析研究。

2.1 桥梁和损坏的一般描述

表现出故障的桥梁全部在20世纪70年代建造，通常是两跨或三跨，五梁或六梁桥。 跨度从38到55英尺（12 000到17 000毫米）不等。 问题的施工接缝位于从桥面板拱腹延伸到梁主体的倒角下方，假定施工接头提供桁架/桥面板组合的复合作用。 首先注意到失败的桥梁已经被拆除，但是在对失败进行深入调查之前并未进行拆除。 这些桥梁位于美国西南部的一条I-40公路上。

图3显示了一个典型的双跨桥梁，损坏最初是由运输局检查员发现的，而桥梁已被支撑。 穿过施工缝的钢筋是＃5（直径15.9毫米）“U”形箍筋，在桁材中跨附近最大间距为18英寸（457毫米）。 桥面板的厚度为6.5英寸（165毫米），梁之间的净跨度为7英尺5英寸（2260毫米）。

图4示出了用于代表性桥梁的两个跨距中的一个的平面图，并且图5是示出了典型梁的横截面和施工接头的位置的细节。 桥梁的损坏包括桥梁沿某些桥梁中跨附近的不同长度施工缝的开裂和滑移，造成机械分离并减少桥面和梁之间的复合作用。 这种施工缝通常称为冷接缝，表明接缝两侧的混凝土在不同的时间施工。 图1和图2显示了断裂箍筋和施工缝处裂缝的照片。 分别为6和7。 穿过发生滑动的施工缝的箍筋出现裂缝。 在受损最严重的桥梁上，箍筋的断裂几乎延伸到桁材的整个长度，对于一根桁材导致桁材杆几乎完全剪切破坏。

调查的主要焦点是12座五梁T型梁桥，由六对桥梁组成。 每一对都有一个“左”和“右”桥。 “左”桥承载西行车辆，而“右”桥承载东行车辆。 还研究了另外13座桥梁，其中包括六梁T型桥梁和箱梁桥梁，以协助绘制与调查相关的比较结果。 表1中提供了所研究桥梁的一些一般特征。

五梁桥的图纸表明它们是采用1969年AASHTO公路桥梁标准规范设计的[7]。 设计活载被指定为HS20-44。

表格1

研究桥的几何性质。

图4.显示箍筋间距的平面图 图7.沿圆角和梁杆底部的施工缝处的开裂和剥落

图5.详细显示在梁/圆角界面处的施工接缝处的裂缝 图6.穿过施工缝的断裂箍筋

这些桥梁通常是由两跨和三跨的五梁T形桥梁加固而成的。 双跨桥梁跨度约为50英尺（15 200毫米）。 三跨桥的跨度范围从38英尺到55英尺（11 600毫米到16 800毫米）。 基这些桥墩是用翼墙砌成的墙。内壁墩是壁墩或由柱支撑的弯盖。桥上没有指定伸缩接头。

桥梁（腹板）和桥面板（翼缘）分别浇铸，正如在这种结构中一样。 典型的T形梁详图（见图6）显示了桥面板圆角底部和梁杆顶部的施工缝的位置。 没有任何迹象表明施工缝在清理或加湿方面受到了特别关注，这可能会增强混凝土在接缝两侧的粘结，或者有意粗化减少了节点处粘接不良的潜在重要性。

2.2 典型的桥梁部分

标准计划规定＃5箍筋加强，允许的拉应力为20 000 psi（138 MPa）。 箍筋间距从靠近内部墩的中心处的6英寸（152毫米）到靠近中梁处的中心处的18英寸（457毫米）。 请参见图4中的平面图。图8中显示了显示施工接头位置的典型T形横截面。

对六梁T梁桥和两座箱梁桥的图纸也进行了审查。 这些桥梁具有与5梁桥相同的＃5箍筋以及特定的混凝土和钢筋强度。 参见图9。

3.观察

3.1 先前的实地观察

在此次调查之前，2006年1月运输局进行了一次检查，记录了其中一座五梁桥的损坏情况，其中包括施工接缝开裂/滑动以及靠近基台的倾斜裂缝。 在2003年9月的事先检查没有注意到这种损害。 随后在2006年3月进行的检查发现，损坏情况恶化，3号主梁发生剪切破坏。 随后在2006年5月进行的详细检查发现，此次调查涉及的所有12座五梁桥都有施工缝发生开裂/滑动。 这些检查后安装了临时海岸。 西行的桥梁于2006年9月下旬拆除，东行的桥梁从2007年1月下旬开始拆除。

图8.典型的T型梁细节显示施工缝

图9.显示施工缝的典型箱梁细节

值得注意的是，2006年1月，所有12座五梁桥都经过了运输机构的检查，但当时只有一个桥梁被确认为施工接头开裂/滑移。我们认为这表明，联合裂化/滑移不容易看到，并不是检查员通常寻找的损害类型。

3.2 破坏性测试

作为这项调查的一部分，共提取了118个混凝土岩心样本。 芯的公称直径从3英寸到6英寸（76毫米到152毫米）不等，但大多数芯的公称直径为4英寸（102毫米）。 使用湿芯方法用旋转式钻芯机将钻芯取出，在钻取过程中施加水以润滑取芯钻头。 核心被移除后，每个核心样本被拍照并测量。 垂直取向的岩心被抽取以取样桥面板混凝土和桥面板与主梁之间的施工接缝; 参见图10.采取

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