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预应力混凝土预制梁的静载试验及分析

编辑评级:★★★☆☆

关键词:静载试验,有限元模型,应力,挠度

上传者:编辑部

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上传时间:2015-01-06 16:12:05

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资源简介

 

  目前,在高速公路的桥梁施工中,中小跨径梁桥的上部构造梁多采用先预制后吊装的施工方法。预制梁根据设计图纸及规范要求完成后,其实际受力状况是否满足要求,应选择有代表性的样品通过现场荷载试验以及对试验结果和试验对象的综合分析,进而鉴定桥梁结构在实际工作状态中的刚度以及承载能力。有关预制板梁静载试验的研究成果很多。但均无涉及到有限元模型的建立。现以实际施工的齐甘线30m跨小箱梁为例,对有限元模型的建立及静力荷载试验做详细分析。1 工程概况黑龙江省齐甘高速公路嫩江东江桥为预应力混凝土结构,设计荷载等级为公路一I级。该桥上部结构由4片箱梁组成,其施工顺序为:单独预制、架桥机吊装、浇筑连接头。箱梁计算跨径为30m,梁高1.6m,混凝土设计等级为C50,所用预应力钢绞线均采用GB/T5224—2003规定的低松弛高强度预应力钢绞线,锚具采用OVM15—4、OVM15—5型锚具及配套设备。鉴于该桥边跨与中跨预应力束不同,每跨边梁与

  中梁有横隔板重量的1/2之差,考虑最不利情况,本次检测选取边跨中梁28—2、中跨中梁35—2两片箱梁。2 有限元模型建立预制梁的静载试验是将静止荷载作用在预制梁的指定位置,通过观测其静位移及静应变,从而推断桥梁结构在荷载组合作用下的工作状态和使用能力是否满足要求 。首先,利用大型通用有限元软件Midas Civil 2006建立成桥状态的空间梁格模型,如图1所示。其中,主梁与横隔板均运用空间梁单元来模拟,桥面铺装以均布荷载的形式施加于主梁,忽略了其对整体刚度的贡献。一般来说,容重、几何尺寸实际值与设计值相差不会很大,所以近似取用设计值即可。

经计算,中梁弯矩图如图2所示,边跨跨中最大弯矩为2200kN·m,中跨跨中最大弯矩为1400kN·m。
以跨中弯矩等效为原则,分别建立边跨中梁与中跨中梁模型。主梁采用空间梁单元模拟,横隔板等效为集中力。为更有效地对比试验观测应力值与理论计算值,材料弹性模量必须取实测值。考虑到现场加载方便,采用堆放成捆普通钢筋的方法,在主梁与钢筋之间按照2.5m的间距对称设置5个支点,在有限元模型中即可模拟为5个集中力。计算图式如图3所示。
通过计算可得简支梁阶段边跨中梁试验荷载为36t,跨中最大弯矩为2190kN·m,截面下缘应力为5.6MPa,上缘应力为一3.7MPa,跨中最大挠度为一15.37mm;中跨中梁试验荷载为24t,跨中最大弯矩为1400 kN·m,截面下缘应力为3.8MPa,上缘应力为一2.5MPa,跨中最大挠度为一10.30mm。3 静载试验根据上述理论分析,简支梁阶段:边跨中梁与中跨中梁的加载控制弯矩分别为2200kN·m与1400 kN·m,对应加载吨位分别为36t与24t。本试验利用成捆普通钢筋进行分级加载,为保证测试数据的可靠性,每加一级荷载后,持荷15min。同一级荷载内,若两次读数相差在允许范围内,则认为变形结束,即可进入下一级荷载加载,否则需继续进行数据采集。在加载过程中,观测结构控制截面应力、变形以及是否有裂缝出现,若在未加到最大试验荷载前,应力、变形或裂缝出现非均匀增长等不正常受力状态时,应立刻停止加载 。应变测量采用振弦式应变传感器,挠度测量采用百分表。鉴于简支梁两支点在加载过程中会发生不均匀沉降,需在跨中与支点处均安装百分表。具体布置图如图4所示。
4 结果分析
边跨中梁与中跨中梁在各级荷载作用下,跨中实测挠度见表1,变形曲线见图5、图6,100%加载时的实测挠度与理论挠度之比较如表2所示,实测弹性挠度及残余挠度见表3。图5、图6的曲线显示,加载过程中每级荷载对应的挠度基本呈一条直线,说明该小箱梁在最大试验荷载范围内,基本处于弹性工作状态。
由表2可以看出,试验在100%荷载作用下的实测弹性挠度小于理论计算挠度,校验系数分别为0.72与0.60,均小于1。相当于在100%控制设计弯矩作用下,试验梁的实测弹性挠度分别为11.OOmm 与6.19ram,其相对挠度为其跨度的1/2727与1/4846,远小于《桥规》规定的L/600,说明该小箱梁的实际刚度是足够的,且有一定的安全储备。由表3可以看出,在100%荷载作用并卸载后。试验梁的最终相对残余挠度分别为7.25% 与9.64% ,均小于《公路旧桥承载能力鉴定方法》(试行)规定的值20% ,说明试验梁弹性工作正常。跨中截面下、上缘实测应力与理论应力之比较见表4(弹性模量取3.45×10 MPa),100%加载时跨中截面下、上测点的实测弹性应变及残余应变见表5。由表4可以看出,试验梁在跨中截面下、上缘实测混凝土拉、压应变的校验系数均小于1.0,说明试验梁混凝土实测强度满足试验荷载要求。
由表5可以看出,试验梁在100% 荷载作用并卸载后,跨中截面上、下缘的实测混凝土压、拉应变的相对残余应变均小于《公路旧桥承载能力鉴定方法》(试行)规定的值20% ,进一步说明该小箱梁弹性工作效率正常。试验前、整个加载、卸载试验过程中和试验结束后,均未发现受力裂缝,说明试验梁满足抗裂性要求。5 结语(1) 对于静载试验理论分析,采用控制截面弯矩等效的原则来确定试验荷载的大小。(2) 为了更加有效地判断试验观测应力值及挠度值,理论分析所用的截面尺寸与容重可取设计值,但是弹性模量必须采用实测值。(3) 根据交通部颁标准《公路旧桥承载能力鉴定方法》(试行)和《公路桥涵设计规范》,经检测该小箱梁的刚度、强度和抗裂性均满足设计和规范要求。 

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