钢腹杆抗弯性能研究范文

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《四川建筑科学研究杂志》2014年第三期

1试验过程分析

试验过程中主梁以跨中截面为轴对称整体下挠，图7示出各控制截面荷载-挠度曲线。可以看出，有限元计算曲线与试验曲线吻合较好，说明有限元方法可以用于新型梁的数值分析。试验梁的受力过程分为弹性阶段、裂缝开展阶段、钢筋屈服阶段和结构失效阶段。加载初期，荷载-挠度曲线呈线性变化，截面处于弹性状态;当荷载达到95kN时，纯弯曲截面开始出现裂缝，刚度不断下降，其挠度变化速率大于弯剪区截面，荷载-挠度曲线呈现非线性关系;当荷载达到120kN时，底板普通钢筋屈服，裂缝急剧开展，主梁荷载-挠度曲线有较为明显的转折，但由于配置了体外预应力钢筋，试验梁仍有承载能力。荷载超过165kN后，测力传感器已经不能进行稳定读数，考虑安全因素停止了挠度量测。加载结束时试验梁底板裂缝分布区域延伸至弯剪区，纯弯区内为贯通裂缝，分布比较均匀，弯剪区内裂缝分布于距中横隔板90cm范围内。

2不同截面箱梁的有限元分析

2．1有限元模型为进一步对钢腹杆PC组合箱梁的受力性能进行研究，建立了PC箱梁、波形钢腹板PC组合箱梁进行对比分析，仅改变其腹板的结构形式。预应力混凝土箱梁腹板采用矩形截面，厚度为10cm，高度36cm。波形钢腹板PC组合箱梁腹板采用波形钢腹板的波长193mm，波高35mm，板厚2.6mm，波折角37°。其有限元计算模型梁如图8所示。

2．2整体受力PC箱梁、波形钢腹板PC组合箱梁及钢腹杆PC组合箱梁，三者跨中截面荷载-挠度曲线如图9所示。在加载初期，三者跨中挠度比值为0.55∶0.71∶1，PC箱梁刚度最大，钢腹杆PC组合箱梁最小;加载后期，PC箱梁因腹板开裂，挠度增大速率增快，而波形钢腹板组合箱梁与钢腹杆组合箱梁的比值基本没有变化;达到极限荷载时，三者跨中挠度比值为0.95∶0.97∶1。以体外预应力钢筋屈服为达到极限荷载的标志，三者的承载能力相近，比值为1.02∶1.04∶1。

2．3挠度进行三种不同截面箱梁在弹性阶段跨中挠度的理论计算，主梁受力简图如图10所示。弹性阶段，PC箱梁、波形钢腹板组合箱梁及钢腹杆组合箱梁三者跨中挠度理论计算的比值为1.98∶2.57∶3.745=0.53∶0.69∶1，理论值与有限元计算值基本一致。从上述分析可知，对钢腹杆组合箱梁，受弯时只计入混凝土顶底板的抗弯能力，钢腹杆主要受轴向力作用，应考虑轴向变形引起的附加挠度，根据计算，附加挠度占弯曲挠度的79%，设计时应引起注意。

3结论

1)钢腹杆组合箱梁的受弯全过程模型试验结果表明，其受力性能与PC箱梁相似，经历了弹性阶段、裂缝开展阶段、钢筋屈服阶段和结构失效阶段。构件极限荷载至少为最大弹性荷载的1.7倍。用钢腹杆代替混凝土腹板从结构受力性能角度来说是可行的。2)建立钢腹杆组合箱梁试验梁的有限元模型，其计算结果与试验结果对比基本吻合，表明本文介绍的有限元建模方法能够应用于钢腹杆组合箱梁的数值计算分析中。3)对三种不同截面箱梁进行参数分析，结果表明，混凝土箱梁、波形钢腹板组合箱梁和钢腹杆组合箱梁，三者的极限承载力比值相近;在弹性阶段，以跨中截面为控制截面，三者的挠度比值为0.55∶0.71∶1，PC箱梁刚度最大，钢腹杆PC组合箱梁最小。4)对三种不同截面箱梁的挠度进行了理论计算和分析，结果表明，三者挠度理论计算比值为0.53∶0.69∶1，有限元值与理论值基本吻合;对钢腹杆PC组合箱梁，受弯时计入混凝土顶底板的抗弯能力，钢腹杆主要受轴向力作用，应考虑其轴向变形引起的挠度。

作者：张妙平单位：福建建工集团总公司