趙啟睿 玄甲強 馬新騰 郭墨晗 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 試驗背景

中小跨徑橋梁在實際工程中占有較大的比重，小箱梁結(jié)構(gòu)由于其鉸縫處施工質(zhì)量無法保證，容易在使用階段發(fā)生斷裂和破壞。預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁為中小跨徑橋梁設(shè)計提供了新的選擇，它具有結(jié)構(gòu)高度小，施工便捷，耐久性好的特點。為了掌握連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁在荷載下的受力和工作特性，本文建立20 m兩跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁計算模型，模擬矮肋T受荷下力學(xué)響應(yīng)，并對5∶2縮尺后的模型梁進(jìn)行破壞試驗，通過對比模擬數(shù)值和試驗數(shù)據(jù)，分析矮肋T梁的破壞規(guī)律，為預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁的應(yīng)用提供參考。

2 矮肋T梁極限承載力試驗

根據(jù)關(guān)鍵截面等應(yīng)力原則，將20 m連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土矮肋T梁縮尺成8.2 m的模型梁，模型梁的構(gòu)造圖和配筋圖如圖1所示。貼應(yīng)變片時，先用角磨機(jī)把鋼絞線打磨出一個平面，再用速干膠將應(yīng)變片粘在鋼絞線表面。設(shè)計模型翼板寬0.845 m,梁高0.543 m，混凝土強度等級為C40，預(yù)應(yīng)力筋為N1和N2兩根9φ15.2 mm鋼絞線，強度設(shè)計值fpy=1 860 N/mm-2,非預(yù)應(yīng)力筋采用HRB400。

試驗?zāi)Ｐ土翰捎孟鹉z支座，在每一跨試驗梁跨中放置方鋼做分配梁，分配梁上放置有壓力傳感器，采用兩臺150 t液壓千斤頂同時加載，模型梁開裂前每20 kN一個加載等級，模型梁開裂后每40 kN一個加載等級，試驗裝置如圖2所示。現(xiàn)場試驗時，先將T型梁表面清理干凈，再將應(yīng)變片用松脂等距粘貼在第二跨梁跨中腹板位置。貼鋼筋應(yīng)變片時，先用角磨機(jī)把鋼絞線打磨出一個平面，再用速干膠將應(yīng)變片粘在鋼絞線表面，當(dāng)荷載等級到位并且穩(wěn)定后測定混凝土及鋼絞線應(yīng)變的數(shù)值并觀察裂縫。

3 矮肋T梁應(yīng)變分析

3.1 平截面假定的驗證

各級荷載下，T梁沿梁高變形的變化趨勢見圖3，圖4。由此可以判斷試驗梁是否為歐拉—伯努利梁，即截面在試驗過程中是否滿足平截面假定。如圖3所示，在荷載達(dá)到160 kN以前，應(yīng)變沿梁高基本呈直線變化。當(dāng)荷載加載至160 kN，梁體出現(xiàn)裂縫，圖形開始偏離直線。對比圖3，圖4可以看出各折線交點開始上移，說明梁體的中性軸位置逐漸上移，但是各個折線仍與直線相近，表明梁體基本符合平截面假定。

3.2 荷載—應(yīng)變曲線分析

通過得到如圖5所示的荷載—鋼絞線應(yīng)變曲線，探究鋼絞線應(yīng)變隨荷載的變化規(guī)律。由圖5可以看出，在荷載達(dá)到160 kN以前，荷載—應(yīng)變圖形近似為一條直線，表明鋼絞線在此時處于彈性工作階段，具有理想的彈性性質(zhì)。當(dāng)荷載達(dá)到160 kN時，已知此時對應(yīng)梁體出現(xiàn)裂縫，曲線斜率開始變緩。經(jīng)分析其原因應(yīng)該是梁體出現(xiàn)裂縫，鋼絞線開始承擔(dān)原本由混凝土承擔(dān)的應(yīng)力，導(dǎo)致曲線斜率變緩，即應(yīng)變突增。當(dāng)荷載加載至280 kN時，荷載—應(yīng)變圖斜率進(jìn)一步變小，表明此時鋼絞線達(dá)到其屈服強度，鋼筋應(yīng)變增加進(jìn)一步加快。

3.3 裂縫分析

以一跨梁為例，試件加載至160 kN時，梁跨中區(qū)域開始出現(xiàn)裂縫。從裂縫產(chǎn)生伊始至加載到240 kN，裂縫數(shù)目不斷增加，A面裂縫數(shù)目由6條增至12條。隨著荷載繼續(xù)增加至280 kN，純彎區(qū)裂縫數(shù)目基本不變，但裂縫寬度持續(xù)增加，其中裂縫寬度最大為0.47 mm。整個試驗過程可以看出T梁的破壞形態(tài)為適筋梁破壞，在圖6中可以看出裂縫基本呈對稱分布。每級荷載下的裂縫走向及寬度如圖6所示(A,B,C,D分別表示180 kN,200 kN,240 kN,280 kN下的裂縫示意圖)。

3.4 對比分析

運用結(jié)構(gòu)設(shè)計有限元分析軟件Midas模擬梁的加載，并將混凝土沿梁高應(yīng)變的試驗值與實際值進(jìn)行對比，進(jìn)而得到如圖7所示的微應(yīng)變模擬值隨梁高的變化規(guī)律圖。由于僅是利用Midas分析梁體開裂前的變化，且忽略了梁體的非彈性變形，故其應(yīng)變沿梁高呈直線變化，中性軸位置不變。對比圖3，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果在160 kN以前與實際結(jié)果吻合較好。

4 結(jié)語

1)試驗梁體基本符合平截面假定，T梁的破壞形態(tài)為適筋梁破壞。2)當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫后，其中性軸不斷上移，這是構(gòu)件能滿足平截面假定的保證。

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