预应力活性粉末混凝土箱梁抗弯性能试验

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发布时间：2021-09-04

资料介绍

预应力活性粉末混凝土箱梁抗弯性能试验
方志，刘明，郑辉
(湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082)
摘要：为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)箱梁的正截面受力性能，进行了2片预应力RPC箱梁
的抗弯性能试验，研究了RPC箱梁的受力变形特征以及顶板横向预应力对其抗弯性能的影响。结
果表明：预应力RPC箱梁具有良好的变形能力，其极限变形可超过跨径的1／50；RPC箱梁正常使
用阶段的裂缝宽度和短期刚度可参照《纤维混凝土结构技术规程》(CECS 38：2004)的相应公式计
算，其中的钢纤维影响系数可分别取为0．4和0．2；RPC箱梁顶板内的横向预应力对截面抗弯承载
力的影响较小，但会使受压区混凝土的应变分布更加均匀，从而减弱箱梁顶板受压的剪力滞效应并
增加构件的延性；试验中对顶板内施加2．95 MPa的横向预压应力(仅为RPC棱柱体抗压强度94
MPa的3．1 )后，可使箱梁受压翼缘的有效分布宽度增加约1O ，构件延性指标增加约3 。试
验结果验证了提出的预应力RPC箱梁正截面抗裂和抗弯承载力的计算公式。
关键词：活性粉末混凝土；箱梁；抗弯性能；剪力滞效应；裂缝；变形
中图分类号：U448．35 文献标志码：A
Experim ent on Flexural Behaviors of Prestressed Reactive Powder
Concrete BOX Girders
FANG Zhi，LIU M ing，ZHENG H ui
(College of Civil Engineering，H unan University，Changsha 410082，H unan，China)
Abstract：In order to study the mechanica1 behavior of prestressed reactive powder concrete
(RPC)box girders，the flexural behavior tests of tWO prestressed RPC box girders were carried
out．The force characteristic of RPC box girders and the influence of transverse prestressing force
tO its flexural performance were studied．The results show that the prestressed RPC box girders
display a good deformation capacity，with a maximal deflection of 1／50 of its span．The crack
width and the short—time stiffness of the RPC box girders can be calculated according to the
formula in Technical Speci fication for Fiber Rein forced Concrete Structures(CECS 38：2004)，
with a coefficient of 0．4 and 0．2 considering influence from steel fiber， respectively． The
transverse prestressing force in the top plate of RPC box girders has little influence on the
flexura1 bearing capacity， but the force can m ake a more uniform strain distribution of the
compressive concrete SO as to reduce the shear—lag effect and increase the ductility of the
specimen．By applying a transverse prestressing force of 2．95 MPa(only 3．1 of the RPC prism
compressive strength of 94 M Pa)at the top plate，the effective distribution width of box girder
increases by 1 0 ，and ductility index of specimen increases by 3 ．The calculated formula to
evaluate the cracking moment and the ultimate m oment of a prestressed RPC box girders is
收稿日期：2015-05—21
基金项目：国家自然科学基金项目(51078134)；教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(20120161110021)
作者简介：方志(1963一)，男，湖北黄冈人，教授，博士研究生导师，工学博士，E—mail：fangzhi@hnu．edu．cn。
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第6期方志，等：预应力活性粉末混凝土箱梁抗弯性能试验 9
proposed and verified by the experimental results．
Key words：reactive powder concrete；box girder；flexural behavior；shear—lag effect；crack；de—
form ation
0 引言
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，
RPC)作为超高性能混凝土(Ultra High Perform—
ance Concrete，UHPC)的一种，具有强度高、韧性大
和耐久性能优异等特点，且在热养护条件下几乎没
有收缩，在长期荷载作用下的徐变也很小(仅为普通
混凝土的1／lO左右)[】]。RPC的工程应用可望解
决普通混凝土桥梁所面临的结构自重过大、跨越能
力受限和耐久性不足等问题，其应用研究已引起土
木工程界的极大关注并已应用到一些人行桥和中、
小跨径的车行桥中I2。]，在大跨桥梁中的应用研究也
已逐步开展 _6]。此外，混凝土箱梁结构以其良好的
空间受力性能在桥梁工程中应用广泛，而RPC箱梁
非常适于构成大跨混凝土桥梁的主梁，因此RPC箱
梁亦具有良好的应用前景。在大跨混凝土箱梁桥
中，除纵向预应力筋外，一般还在腹板和顶板分别配
置竖向抗剪和横向抗弯的预应力筋而形成箱梁内的
三向预应力体系。顶板内存在的横向预应力对箱梁
纵向抗弯性能的影响目前鲜见研究。
文献[7]提出了钢筋RPC梁正截面抗裂计算公
式，建议截面抵抗矩塑性影响系数可取为1．65(矩
形截面)和1．9O(T形截面)；文献E83进行了3根钢
筋RPC矩形截面梁的抗弯性能试验并提出了相应
的正截面承载力计算公式，将受压区RPC的应力分
布等效为矩形应力图形计算；文献1-9]基于有限元分
析结果建立了RPC梁的正截面承载力计算公式，将
受压区混凝土应力近似为三角形分布；文献[10]对
预应力RPC的T形梁进行了试验研究，提出了预
应力RPC的T形梁开裂弯矩和极限弯矩的计算方
法，并建议预应力RPC的T形梁的塑性系数y=
1．53；文献[11]通过6根钢筋RPC矩形截面梁抗弯
性能试验研究，建立了考虑截面受拉区拉应力贡献
的正截面承载力计算公式和反映钢筋RPC梁自身
受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法；文献[12-]对
铁路预应力RPC箱梁进行了使用荷载下受力性能
的试验研究；文献[13]对跨径为24 m 的预应力
RPC梁进行了试验，梁中除了预应力筋外没有配其
他钢筋，其混凝土抗压强度达到了207 MPa，极限挠
度达到了480 mm。目前各国学者对RPC梁的正截
面受力性能进行了较多研究，但主要针对T形梁和
矩形截面梁，对RPC箱梁的研究很少且均未涉及箱
梁顶板横向预应力对梁抗弯性能的影响。基于此，
本文通过对2片预应力RPC箱梁进行受弯试验，研
究预应力RPC箱梁的正截面抗弯性能及横向预应
力对其抗弯性能的影响。
1 试验概况
1．1 试件制作
共制作2片截面尺寸相同的预应力RPC箱梁，
梁编号分别为A1和A2，截面尺寸如图1所示。梁
长5．0 m，计算跨径4．76 m，梁高500 mm，顶板宽
600 mm，顶板厚70 mm，腹板厚60 mm，腹板高350
mm，底板宽400 mm，底板厚80 mm。在梁端部设
置150 mm厚的横隔板。为研究横向预应力对抗弯
性能的影响，试验梁A2跨中纯弯区段顶板布置了8
根间距为150 mm 的后张横向预应力筋，见图2。