关键词:
桥梁工程
先简支后连续体系
小箱梁
负弯矩区
有限元
参数分析
摘要:
先简支后连续小箱梁负弯矩区钢束施工工序繁多、效率低,施工不当导致桥面开裂等问题,无负弯矩钢束的超高性能混凝土-普通混凝土(UHPC-NC)组合负弯矩区构造能较好地解决此类问题。以3×30 m跨径小箱梁为例,建立基于混凝土塑性损伤本构(CDP)的UHPC-NC组合负弯矩区精细化有限元模型,并进行缩尺比为1∶2的模型试验。选取影响UHPC-NC组合负弯矩区受力性能的3个关键参数:UHPC厚度、UHPC层钢筋直径和UHPC抗拉强度,研究了各参数组合下负弯矩区的开裂荷载和抗弯承载力的变化规律。试验结果表明:试件的开裂弯矩为3620 kN·m,抗弯承载力为9611 kN·m,而背景桥例正常使用极限状态下最不利截面负弯矩为3300 kN·m,承载能力极限状态下最不利截面负弯矩为5838 kN·m,UHPC-NC组合负弯矩区构造的抗裂性能和承载能力均满足工程要求,且试验结果与实体有限元模型计算结果吻合良好。UHPC厚度每增加25 mm,梁体开裂荷载提高约10%,抗弯承载力提高约9%,UHPC厚度的改变对UHPC-NC组合梁体的开裂弯矩与抗弯承载力均有较为明显的影响;UHPC层钢筋直径每增大2 mm,梁体承载力提高约6%,而开裂荷载仅提升约1.8%,不同直径的UHPC层钢筋主要影响梁体开裂后的残余刚度以及抗弯承载力,对开裂荷载影响较小;而UHPC抗拉强度每增大2 MPa,梁体承载力提高约10%,但对开裂荷载影响有限,增大UHPC抗拉强度会导致试件破坏时UHPC层的残余应力增加,提高其对UHPC-NC组合梁体抗弯承载力的贡献,从而提高梁体承载力。对于30 m跨径小箱梁桥,UHPC长度建议中支点两侧各取2 m,UHPC厚度为200 mm,UHPC层钢筋直径取10 mm。