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具有预制板连续组合箱梁桥的极限强度

Hyung-Keun Ryulowast;, Sung-Pil Chang

Department of Civil Engineering, Seoul National University, San 56-1, Shinlim-dong, Kwanak-gu, Seoul 151-742, Republic of Korea

Received 24 March 2004; accepted 13 August 2004

摘要

为了将预制板应用于连续复合桥梁，进行了几项试验和分析研究。从以前的许多研究中，确认了预制板横向接缝裂缝控制的设计标准。这些考虑因素是维修所必需的。应该评估满足使用极限状态的桥梁的极限强度以确定极限状态。本文对具有开式箱梁截面的两跨连续组合桥梁进行了试验和分析研究。对裂缝，屈服和极限荷载进行评估，并与预制板连续组合桥梁设计的试验结果进行比较。为了评估连续桥梁的屈服荷载，考虑了在EUROCODE4中定义的考虑了时刻再分配的未分裂截面方法。在计算极限强度时，考虑了EUROCODE或AASHTO LRFD规范中定义的全部或部分剪力连接键和截面等级。另外，通过考虑材料非线性的数值分析，评估了弯矩 - 曲率关系和力矩再分配。

关键词：终极优势;连续组合箱梁桥;预制板; EUROCODE; AASHTO LRFD规范;开裂，屈服和最终荷载;带预制板的易损复合桥设计;材料非垂直度;弯矩 - 曲率关系;力矩再分配。

介绍

预制混凝土板对于新建筑和更换恶化的桥面板非常有吸引力，因为该系统可以确保混凝土板的质量，改善工作人员的工作环境，并减少施工时间和交通中断。预制板桥具有两种类型的连接，钢梁与预制板之间的剪力连接以及预制板之间的横向连接。图1显示了本文处理的具有全深度预制板的组合桥的概况。

图1 有预制板的钢箱梁桥的细节

有预制板的组合梁已经进行了几次试验[2,4,8,9]。通过观察剪力连接的性能[3,12]，从推力试验的载荷 - 滑移曲线中建立了连接剪切刚度的经验公式。简单跨度组合梁的弯曲疲劳试验[2]显示了桩间剪力荷载重新分布的能力。从这些研究中，评估了预制桥面组合桥梁中螺栓剪力连接键的极限强度和疲劳寿命。

在许多桥梁中已经报道了许多可用性问题，例如横向接缝处的开裂和漏水。对预制板桥梁的现场性能进行研究表明，主要问题是接缝处开裂[10]。在这项研究中，预制板的横向关节除了纵向内部肌腱之外，其内部没有加强的女性与女性关节。在预制板上需要特别小心，在横向接缝处不加固，并且板材应该设计成在使用荷载下防止接缝处出现开裂和泄漏。因此有必要在桥梁的使用寿命期间保持连接处的压缩状态，以防止连接处发生开裂和泄漏。为此，无加强接头的防裂缝设计标准应该是这样的，它不允许在服务载荷下发生接头处的张力。

为了研究预制板桥横向接缝处的开裂行为，进行了试验工作和分析研究[4]。从研究中，提出了一些设计考虑。局部接头发生的拉伸应力对于确定有效预应力的大小很重要。接头顶部纤维处的压应力损失相当大，应在确定初始预应力的大小时仔细评估。很显然，通过降低混凝土收缩应变可以有效降低损失。预应力复合材料桥梁由于混凝土的长期性能会导致相当大的预应力损失，因此可能是不经济的，因此在设计时应考虑预制构件的优点，例如浇注预制混凝土后的预应力时间。

进行了大量的试验工作和分析以确定具有预制板的连续组合桥梁的设计基础[4,13]。在这些研究中，对连续组合梁进行了试验以研究连续梁的行为，并确认了提议的关节处防裂设计标准。在连续预制桥面桥梁中防止母 - 母接头处的拉应力就足够了[4,13]。

应该评估满足使用极限状态的桥梁的极限强度以确定极限状态。为了计算复合材料截面的抗弯强度，应该评估截面类别和一定程度的剪力连接键。根据之前的试验研究[12]，得出的结论是，预制桥面桥梁中的螺栓剪力连接键件的极限强度与螺柱杆的横截面积成正比，并随着垫层厚度的增加而减小。本文对具有开式箱梁截面的两跨连续组合桥梁进行了试验和分析研究。对裂缝，屈服和极限荷载进行评估，并与预制板连续组合桥梁设计的试验结果进行比较。为了评估连续桥梁的屈服荷载，考虑了在EUROCODE4中定义的考虑了时刻再分配的未分裂截面方法。

在计算极限强度时，考虑了EUROCODE或AASHTO LRFD规范中定义的全部或部分剪力连接键和截面等级。

另外，通过考虑材料非线性的数值分析，评估了弯矩 - 曲率关系和力矩再分配。

试验工作

试验

对于中等跨度的桥梁，复合箱梁可能是一种有吸引力的建筑形式。可以考虑两种不同类型的箱梁 - 其中完全封闭钢箱制造的那些和制造开放“U”部分的箱梁。对于任一课程，箱子部分可以是矩形或梯形。因为可以避免浇筑混凝土的模板，所以预制板可以有效地应用于敞开式钢箱梁桥。在这项试验研究中，建造了一个连续的预制板状梯形“U”型组合箱梁桥。

（a）箱形梁部分

（b）CBG1的正面图

（c）CBG2的正面图

图2 试验样本

制作了两个预制板连续组合箱梁桥，分别命名为CBG1和CBG2。 CBG1两跨10-10米，CBG2跨度20-20米。两个箱梁桥的截面尺寸与图2（a）相同。在CBG模型中，每块预制板均有6个用于螺栓剪力连接键件的封闭件和5个用于后张紧的40 mm导管。为了引入纵向预应力，板上安装了15.2 mm直径的5根钢筋，并采用了螺栓型锚固。此外，在CBG2中，负弯矩区域的复合断面在剪切连接后由外部的钢筋预应力（图2（c））。螺栓剪力连接键器安装在钢梁的顶部法兰上，以实现全剪切连接。

将隔膜放置在每个支架上，并在支架之间放置附加的K型支撑。在钢箱内，焊接了纵向，横向和垂直加强筋。

表1 钢铁材料特性

在EUROCODE 3和EUROCODE4 [56]提出的章节类别范围内，测试模型中横截面的分类如下。根据公式（1），负弯矩区域的腹板为1级，根据公式（2），负弯矩区域的下凸缘为1级。同样从AASHTO LRFD规范[1]的角度来看，负弯矩区域的腹板和下翼缘都是由公式（3）和（4）得到的紧凑型截面。由于复合材料箱梁截面具有较高的扭转刚度，因此预计可以防止侧向扭转屈曲并显示足够的旋转能力。因此，可以使用塑性整体分析计算极限载荷，并与试验结果进行比较。

（1）

（2）

其中，h是腹板的高度，是腹板的厚度，c是突出凸缘的长度，是凸缘的厚度，。

（3）

（4）

其中，是在塑性力矩下腹板的压缩深度，是压缩凸缘的规定最小屈服强度，是压缩凸缘的宽度，是压缩凸缘厚度。

材料特性

钢型材、混凝土和砂浆的材料性能分别列于表1和表2中。CBG模型中使用了5个内部肌腱，并在CBG2中安装了两个外部肌腱。这些肌腱的区域和性质是相同的。

表2 混凝土和砂浆的材料特性

混凝

所有预制混凝土板的平均值。

程序和测量

如图3所示，通过MTS闭环电液测试系统在复合桥的中跨处施加两个集中载荷。在CBG1中，进行了观察模型弹性行为的静态试验，然后进行了1000,000次循环的疲劳试验。经过这些试验后，进行了静态试验，以研究复合桥模型的开裂和非弹性行为[8]。在CBG2中，第一次加载直到内部支撑附近的板坯出现裂缝，然后进行最后一次加载直到出现大的变形[9]。

CBG模型的测量内容如图4所示。在线性可变差动变压器（LVDT; LV1，LV2）的每个中跨处测量连续桥的位移。 LVDI也用于测量钢与混凝土之间的相对位移，如图4所示（SL1-SL6）。在混凝土板和钢梁中观察到A，B和C部分的应变分布（图4）。

图4 测量内容

在CBG2中，为了找出预应力的变化，将两个称重传感器安装在外部锚索的锚固处。

试验结果和分析

3.1全部或者部分剪切链接

在测试模型中，意图安装剪切连接以实现全剪切连接。由Kim等人[12]开发的方程（5）确定了螺柱剪力连接键件的极限强度。

（5）

：剪力连接键的极限强度，

：剪力连接键的螺柱面积（mm2），

：垫层的厚度。

为了实现全剪切连接，在剪切跨度中定义为剪切连接强度的剪切连接程度/ 作为全剪切连接所需强度的比例应该高于整体。

（6）

可以用公式（5）在剪切跨度上计算，是在全截面塑性时刻混凝土板或钢梁的水平力。

在CBG1和CBG2中，根据公式（6）估算的剪切连接程度高于1，然后在测试中，在1mm处测量最大滑移直到极限载荷。根据这个结果，认为剪切连接不会达到极限载荷状态[12]，因此试样可以产生复合截面的完整塑性力矩。因此可以得出结论：方程（5）和（6）对估算剪力连接键的极限强度和剪力连接键的程度是有效的。

表3 测试结果与计算的比较

假定无裂纹截面和再分配力矩。

硬质塑料分析(机制)。

3.2.开裂、屈服和极限荷载

以前的研究集中在开裂荷载和开裂后行为上，以确认预制桥面连续桥梁的适用性[4,13]。在这项研究中，评估开裂荷载，屈服荷载和极

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