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预制桥面连续组合箱梁桥的极限承载力

玄坤龙，宋必昌

（韩国首尔国立大学土木工程系，新林洞区San56-1，首尔冠岳区151-742）

摘要：为了将预制桥面板应用于连续组合梁桥，进行了大量的试验和分析研究。通过大量的研究，确定了预制板横缝裂缝控制的设计准则。这些考虑是服务性所必需的。还应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。本文对两跨开箱梁连续组合桥进行了试验和分析研究。对裂缝、屈服和极限荷载进行了评估，并与预制桥面连续组合桥设计的试验结果进行了比较。为了评估连续桥梁的屈服荷载，考虑了欧洲规范4中规定的考虑力矩再分配的无裂缝截面法。在计算极限强度时，考虑了欧洲规范或AASHTOLRFD规范中规定的全部或部分剪力连接和截面等级。同时，通过考虑材料非线性的数值分析，估计了弯矩-曲率关系和弯矩重分布。

关键词：极限强度；连续组合箱梁桥；预制桥面板；欧洲规范；AASHTOLRFD规范；开裂、屈服和极限荷载；带预制桥面板的连续组合桥设计；材料非线性；弯矩-曲率关系；弯矩重分布

1简介

预制的混凝土板对于新建建筑和更换老化的桥面板都非常有吸引力，因为该系统可以确保混凝土面板的质量，改善工人的工作环境，并减少施工时间和交通中断。预制桥的连接有两种类型：钢梁和预制板之间的剪力连接以及预制板之间的横向连接。图1显示了本文讨论的具有全深度预制桥面的复合桥的概图。

图1.带有预制甲板的钢箱梁桥的细节

在预制板的复合梁上已经进行了几次实验[2,4,8,9]。通过观察剪切连接的行为[3,12]，从推力试验的载荷-滑移曲线提出了连接剪切刚度的经验公式。在简单跨度复合梁上的弯曲疲劳试验[2]显示了双头螺栓之间剪切载荷重新分布的能力。从这些研究中，评估了预制桥面复合材料桥梁中钉剪力连接的极限强度和疲劳强度。

在几座桥梁中，已经报道了许多维修性问题，例如横向接头处的开裂和漏水。对预制桥的现场性能研究表明，主要问题是节点处的裂缝[10]。在这项研究中，预制甲板的横向接头具有雌性至雌性的接头，除了纵向内部钢筋束外，没有任何加固。预制甲板需要特别注意，横向接缝处应不加筋，而平板的设计应能防止在工作载荷下接缝处出现裂纹和泄漏。因此，有必要在桥梁的使用寿命期间保持接缝处于压缩状态，以防止接缝处破裂和泄漏。为此目的，在不加筋的情况下防止接缝处开裂的设计标准应使得在使用载荷下不会在接缝处产生拉力。

进行了实验工作和分析研究，以研究预制桥的横缝处的开裂行为[4]。从研究中，提出了一些设计注意事项。局部出现在接头处的拉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缩应力损失相当大，在确定初始预应力的大小时应仔细评估。显然，可以通过减小混凝土的收缩应变来有效地减少损失。由于混凝土的长期性能会造成相当大的预应力损失，因此预应力复合桥可能是不经济的，因此在设计中应考虑到预制构件的优势，例如在浇铸预制混凝土后的预应力时间。

进行了大量的实验工作和分析，以建立具有预制甲板的连续复合材料桥梁的设计基础[4,13]。在那些研究中，进行了连续组合梁的试验，以研究连续梁的性能，并确定提出的接头处防裂设计标准。足以防止连续预制甲板桥梁中母对母接头处的拉应力[4,13]。

还应评估满足使用极限状态的桥梁的极限强度，以定义极限状态。为了计算复合材料截面的抗弯强度，应评估截面类别和剪切连接度。从先前的实验研究[12]中得出的结论是，预制桥板中的柱剪连接器的极限强度与柱柄的横截面积成正比，并随着铺垫层厚度的增加而减小。本文对具有开放箱梁截面的两跨连续组合桥进行了试验和分析研究。评估了开裂，屈服和极限荷载，并将其与用于预制预制甲板的连续复合材料桥梁设计的测试结果进行了比较。为了评估连续桥的屈服载荷，考虑了考虑欧洲规范4中定义的力矩重新分配的无裂纹截面方法。在计算极限强度时，考虑了EUROCODE或AASHTOLRFD规范中定义的全部或部分剪切连接以及截面等级。同样，通过考虑材料非线性的数值分析，估算了弯矩与弯矩的关系以及弯矩的重新分布。

2实验工作

2.1标本

对于中跨桥梁，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-制造完全封闭的钢箱的箱梁和制造开放的“U”形截面的箱梁。对于这两种类型，盒形截面都可以是矩形或梯形。预制板可以有效地应用于开顶式钢箱梁桥，因为可以避免浇铸混凝土的模板。在这项实验研究中，建造了带有预制板的梯形“U”形截面的连续组合箱梁桥。

1. 箱梁部分

1. 提升CBG1

1. CBG2的海拔。

图2.测试样品

制作了两个连续的预制箱梁桥，分别命名为CBG1和CBG2。CBG1具有10–10m的两个跨度，而CBG2具有20–20m的两个跨度连续桥。两个箱形梁桥的截面尺寸如图2（a）所示。在CBG型号中，每个预制板都有六个用于螺柱剪切连接器的挡块和五个用于后张紧的40mm管道。为了引入纵向预应力，在甲板上安装了五个直径为15.2mm的筋，并采用了螺栓型锚固。另外，在CBG2中，负弯矩区域的复合截面在剪力连接后受到外部筋的预应力（图2（c））。螺栓剪切连接器安装在钢梁的顶部法兰上，以实现完全剪切连接。将膜片放在每个支架上，并在支架之间放置其他K型支架。在钢箱内部，焊接了纵向，水平和垂直加强筋

表1钢的材料特性

在EUROCODE3和EUROCODE4建议的类类别的范围内[5,6]，测试模型中的横截面分类如下。腹板在负矩区域中，根据等式为1类。还有下法兰在负矩区域中，根据等式为1类。同样从观点AASHTOLRFD规范[1]的规定，腹板和下部法兰处于负力矩区域都是等式的紧凑部分。作为复合箱形梁截面有较高的扭转刚度，这有望防止横向扭转屈曲并显示足够的旋转能力。因此，可以使用塑料计算极限载荷全局分析，并与测试结果进行比较。

其中h是腹板的高度，tw是腹板的厚度，c是突出凸缘的长度，t是凸缘的厚度，ε=

其中Dcp是在塑性时刻压缩时腹板的深度，Fyc是压缩凸缘的指定最小屈服强度，bf是压缩凸缘的宽度，tf是压缩凸缘的厚度。

2.2材料特性

表1和表2分别列出了钢型材，混凝土和砂浆的材料性能。在CBG模型中使用了五个内部腱，另外在CBG2中安装了两个外部腱。这些肌腱的面积和特性相同。

表2混凝土和砂浆的材料特性

a所有预制混凝土板的平均值

图3测试设置

2.3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施加了两个集中荷载。在CBG1中，进行了用于观察模型弹性行为的静态测试，然后进行了疲劳测试。进行了1000000个循环的测试。经过这些测试之后，进行了静态测试以研究复合材料桥梁模型的开裂和非弹性行为[8]。在CBG2中，首先进行加载，直到内部支撑附近的楼板出现裂缝，然后进行最后一次加载，直到出现较大的变形[9]。

CBG模型的测量内容如图4所示。使用线性可变差动变压器（LVDT;LV1，LV2）在每个中跨测量连续桥的位移。如图4所示，还安装了LVDT，以测量钢和混凝土之间的相对位移（SL1-SL6）。在混凝土板和钢梁中观察到A，B和C截面的应变分布（图4）。

图4.测量内容

在CBG2中，为了找出预应力变化，在外部钢筋束的锚固处安装了两个测力传感器。

3实验结果与分析

3.1全部或部分剪力连接

在试验模型中，打算安装剪力连接以实现全剪力连接。栓钉抗剪连接件的极限强度由Kim等人开发的公式（5）确定。[12]是的。

Pd=alpha;(0.36Ash 18.71) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）

alpha;=1minus;0.0086(bhminus;20)

Pd：抗剪连接的极限强度，

式中：剪力连接的栓钉面积（mm2），

bh：垫层厚度。

为了实现全剪力连接，剪力连接的程度eta;（定义为剪力跨中剪力连接的强度）应高于单位。

eta;= ge;１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）

Psh可用公式（5）计算，Pcp是混凝土板或钢梁在全截面塑性弯矩下的水平力。

在CBG1和CBG2中，根据公式（6）估计剪切连接程度高于单位，然后在试验中，在1mm处测量最大滑移，直到极限荷载。由此结果可以认为，剪力连接不会达到极限荷载状态[12]，因此，试样可以形成复合材料截面的全塑性力矩。因此，我们得出结论，方程（5）（6）可有效地估算剪力连接的极限强度和剪力连接的程度。

表3试验结果与计算结果的比较

a假定的无裂缝截面和再分配力矩

b刚塑性分析（机构）

3.2开裂、屈服和极限荷载

先前的研究主要集中在开裂荷载和开裂后的行为上，以确定预制桥面连续桥梁的可用性[4,13]。在本研究中，对开裂荷载、屈服荷载和极限荷载进行了评估，并与表3所示的试验

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