预应力混凝土组合箱梁扭后抗弯性能分析

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发布时间：2021-09-04

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预应力混凝土组合箱梁扭后抗弯性能分析
胡少伟，胡汉林
(南京水利科学研究院，江苏南京210029)
摘要：为研究预应力混凝土组合箱梁扭后的抗弯性能，进行了5根预应力组合梁的先扭后弯试验．试验在梁跨
中对称荷载作用下进行，考虑试验梁受扭矩作用历史，并与完整组合梁的试验进行对比得到扭后预应力组合梁
的极限抗弯承载力、跨中弯矩一挠度曲线及钢梁截面应变增长曲线，并提出了预应力组合梁扭后承载力计算公
式．试验结果表明：预应力组合梁扭后承弯能力将会降低；受扭历史影响预应力组合梁的抗弯能力；预应力能够
提高扭后预应力组合梁的抗弯能力．
关键词：预应力混凝土；组合箱梁；承载能力；试验研究
中图分类号：TU378 文献标志码：A 文章编号：1009—640X(2011)03—0001—09
目前，预应力混凝土组合箱梁在桥梁工程中得到了广泛应用¨ ．由于该结构发挥了钢材和混凝土各自
的材料优势，且钢箱梁抗扭、抗弯性能好 J，预应力技术又提高了梁结构的强度与刚度，所以预应力混
凝土组合箱梁在城市大跨桥梁中的应用前景越来越广阔．工程实际中桥梁通常处于弯矩、扭矩等共同作用下
的复合受力状态，而且不同的荷载组合对预应力混凝土组合箱梁的承载性能影响很大，因此探讨组合梁受扭
后的承载能力具有现实意义．
为了研究预应力混凝土组合箱梁扭后抗弯性能，完成了5根预应力组合梁的先扭后弯试验．试验在梁跨
中对称荷载作用下进行，考虑试验梁受扭矩作用历史，并与完整预应力组合梁的试验进行对比得到扭后预应
力组合梁的极限抗弯承载力、跨中弯矩一挠度曲线、钢梁截面应变增长曲线等重要参数，并提出了预应力组
合梁扭后承载力汁算公式．
1 试验情况
试验设计了5根跨度为3．3 m的预应力混凝土组合箱
梁，在抗弯试验前，2根试验梁已受纯扭荷载达到破坏，3根
梁已受复合弯扭荷载达到破坏．试验梁混凝土采用C60高强
混凝土．钢箱梁采用Q235钢板焊接组成，托板和底板采用
10 mm钢板，腹板采用8 mm中板．栓钉按照塑性方法、完全
剪力连接设计，直径为16 mm，间距120 mm，沿纵向双排均
匀布置，以保证钢与混凝土截面间剪力的有效传递．各构件
截面形状、尺寸完全相同．梁截面尺寸见图1，试验梁材料特
性见表1．
图1 试验梁截面(单位：mm)
Fig．1 Details of specimen section(unit：mm)
收稿日期：2010—09—11
基金项目：中央级公益性科研院所重大项目《连续组合梁新型结构在程中应用关键技术研究》(Y410006)；江苏省自然
科学基金资助项目(BK2007010)
作者简介：胡少伟(1969一)，男，河南杞县人，教授级高级工程师，博士，主要从事工程结构与材料方面研究．
E—mail：hushaowei@ nhri．en
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2 水利水运工程学报
表1 混凝土和钢材的力学性能
Tab．1 Mechanical performance of concrete and steel
养护条件 u— ／ ^ ／／ c／屈服强度极限强度弹性模量
MPa MPa MPa 10 MPa
钢材类型 f
,／ MI ／ MI a '／104 MPa
8 fllnl钢板 340 470 20．6
同条件养护” 68．2 58．94 3．51 4．04 10 nlln钢板 275 425 20 6
标准养 73．4 64．22 3．56 4．14 中8钢筋 310 435 20 6
中10钢筋 345 450 20．6
注：① 同条件养护系指试块和构件在同样温度、湿度环境下进行养护，作为构件的拆模、H{池、f n『
1 及结构验收的依据．
②标准养护系指试块在温度为(20+3)℃ ，相对湿度住90％以上的环境中养护．
1．1 试验梁受扭破坏情况
5根试验梁在纯弯试验之前，均受扭破坏，受扭情况为：2根纯扭破坏，3根受复合弯扭破坏(破坏类型为
扭型破坏)．试验在自行设计的加载装置上进行，采用液压伺fJ~SL控制，对称分级加载直至破坏．纯扭试验装
置和复合弯扭试验装置分别见图2和3，抗扭试验参数见表2．
纯扭及弯扭试验结果见表3．从表3可以看出，由于弯矩作用，受弯扭作用试验梁歼裂时的转角比受纯
扭作用梁要大，而极限转角却较小，证明弯矩的作用提高了组合梁的抗扭刚度．弯扭作用下的梁扭转破坏表