预应力混凝土板梁力学特性试验研究

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力混 凝土板 梁进 行的一 系列力学特性 试验研 究， 以 了解 混凝土 板梁 在工作 状态下抗 弯 、抗压 、应力分
土 、钢材 、预应 力钢铰线 等密切 相关 ，而预 应力混
凝 土扳 梁 在 实 际 工作 状 态 下 都含 有 一 定尺 寸 的裂
缝 、孔 隙 。其 力学特性 往往受这 些因素 的制约【 ， ｌ ～１ 如何 改善这 些岩石 类材料 ，人们想 了许多办法 。例
三 冒
Ｑ 剪力 图
Ｍ
如 混凝土 中配适 钢筋 ，显然可增加 其抗压和抗 拉强
填锚 索孔 ， 钢筋 与混凝 土这 两种材 料形 成一个整 体 ，
１ 前
言
共同工作 。如 果这两者 间粘结得 足够好 ，受力 钢筋
与混凝土接 触面上产 生粘结应 力 ，通过 它将部 分拉 力传 给钢 筋 ，使 钢筋 受拉 形成 钢混 凝 土极 梁 。
集 中荷载 Ｊ ｐ
在 公路 和城 市建 设中 ，高架道 路 、立交桥梁及 高速 公路 的立交桥 大量涌现 ，预应 力混凝土扳梁 被 广 泛 应 用 ，它 的力 学 特性 与其 组 成材 料— — 混 凝
Ｄｅ ． ０ ２ ｃ ，２ ０
预应 力混凝土板梁 力学特性试验研 究
陈静 曦 韩行 忠 骆 行 文
（ 中国 科学 院武汉 岩 土力学 研 究所 武汉 ４ ０ ７） ３０ １
摘要
岩石类 材料具有较高的抗压性能和较低的抗拉性能 ，如何改变该类材料的特性 以满足 工程上的需要是急需研
究 的 课 题 。 通 过 对 某 高速 公 路高 架 桥 上 预 应力 混 凝 土板 进 行 张拉 、跨 中 集中 荷 载 、 均布 荷 载 及 均布 荷 载 与 跨 中 集 中
钢筋 屈服后 仍具 有一定 耐受变形 的能力 。最 后随着 弯矩 的不 大增加 ，压 区混凝土被 压坏 ，梁 即达到破 坏 时 的极 限弯 矩 。 。 若 以 ｒｘ 表 示 作用 在钢 一 凝 土交 界面 的粘 结 （） 混 应力， （） 示交 界面上 的滑 移 。则 由静力平 衡 ， 表 端 部滑移 ：
荷载共 同作用等几种情 况下的力学特性进行对比试验，探讨了预应 力混凝土板梁在弹塑状态下的工作特性 。为正确 设计顶应力梁板积ｊ 了经验，同时也对岩石类材料的改性问题做 出了一些有益 的探讨 。 ｝ ｛ 关键词 分类号 岩 石类 材料，预应 力混凝土板梁，力学特性 ，张拉试验 ｕ４ ６２ ６ｌ ｌ．ｌ 文 献标 识码 Ａ 文 章编 号 ｌ０ －９ ５２０ ）２ １６ －５ ０ ０６ １（０ ２ Ｉ－８ ３０
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第２ 卷 ｌ
第１ ２期
２０ ０ ２年 １ ２月
岩石 力学 与工程 学报 Ｃ ｉｅｅ ｏ ｒａ ｏ ｋ ｃ ａ ｉ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ ｈｎ ｓ ｕｎ ｌｆＲ ｃ ｈ ｎｃ ａ ｄＥ ｇｎ ｅｉ Ｊ ｏ Ｍｅ ｓ ｎ
２ （２ ： ８ ３ ｌ ６ ｌ１ ） ｌ ６ ８ ７
度 ，但 并未解 决混凝 土构件 易山现裂缝 的问题 。又
如用 张拉钢筋 对混凝 土预先施 以压应力 的方法可 以
保证 混凝土 构什在荷 载作用 下既能抗 拉 ，又避 免裂
缝 山现 等等 。
弯 矩 图
本文 为笔者在 某高速 公路高架桥 上的 Ｔ型预应
图 ｌ 预应力混凝 土板 梁工作示意
２０ ０ ２年 １ ２ 月 ４口收到 初稿 ，２ ０ 年 ２月 １ ０１ ０日收 到修 改稿 。
作者 陈 静曦 简 介 ：女 ，４ ２岁 ，硕 士 ， １８ ９２年毕业 于 中国 科学技 术大 学 ，现 为中 国科学 院武 汉岩 土力 学研 究所 高级 研究 人员 ，主要 从 事道桥 岩土 工
程 方面 的研 究工 作 。
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岩 石 力 学 与 工程 学 报
２ ０ 证 ０２
裂截 面受 拉区混凝 土退 出工作 ，导致开裂 截面钢筋 应 力 明显增 大 ，此 时板 梁进 入 带裂 缝工 作阶段 。 随着 荷载 的增 大 ，钢筋 的应力及应 变也 随之增 大 ，由于钢 筋与混 凝土 间的粘结作用 ，裂缝 宽度 也 相应 地增 大 。一 旦钢筋应 力达到 屈服点 ，梁 的受拉 性 能 即发生质 的变化 ，此时板梁进 入屈服 阶段 。在
当 较小时 ， 梁受 拉区边缘 的纵 向应 变小 于混凝 土 的极 限拉应变 ，混 凝土 尚未 开裂 ，挠 度及钢 筋应 力 仃 与弯矩 均 为直线关 系 ，此 为弹性阶 段 。当弯 矩 达到 裂缝 出现 的弯矩 后 ， 拉区混 凝土 开裂 ；
随着 荷载 的增长 ，裂缝将 继续 出现并扩展 ，同时开
布 及 裂纹 扩展 规 律 。
试验 分别在跨 中及 左右 １ ／ ４跨处 设置仪表 测量
梁 的挠度 以及裂纹 的发生和 发展情况 。 由图 ｌ 可知 ，
２ 力学 模 型
预应 力混凝 土扳 梁 １作状态处 于简支状态 。如 ：
图ｌ 所示 。图 中，Ａ． Ａ ，Ｂ． 为两个预应 力钢 Ｂ均 铰线 。在制 梁 过程中进 行预应力 张拉 ，随后 灌注充
力 峰值 刚好位 于 厶 ／ 时开 裂截 面 的钢 筋应 变 ， ４处 厶 为 裂缝 区段模 拟长 度 ，可推 出以下 诸式 ｌ。 １ 钢 筋 与混凝 土 间粘 结应 力 ：
） ｜ ｉ ： ｌ ｓｎ 华 ｎｘ 了 ２
－
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（ ４ ）
混 凝土 应力 ：
＝
钢 筋应 变 急剧发 得非常平 缓 ，表 明梁 在