既有钢筋混凝土空心板梁抗弯承载力分析

第57卷第9期2017年9月铁道建筑Railway Engineering Vol．57No．9September 2017

文章编号:1003-1995(2017)09-0039-04

既有钢筋混凝土空心板梁抗弯承载力分析

曾

鹏1，贾艳敏1，王佳伟

2(1．东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨150040;2．辽宁大通公路工程有限公司，辽宁沈阳110005)

摘

要

对服役20年的2片8m 跨度钢筋混凝土空心板梁进行了两点对称加载破坏试验。采用

ABAQUS 软件，基于混凝土损伤塑性模型且考虑了混凝土膨胀角、黏性参数，建立了试验梁非线性有限元模型。模型计算的梁体挠度、混凝土和钢筋应变与试验结果吻合良好。对试验梁破坏过程的分析表明:利用ABAQUS 混凝土损伤塑性模型能很好地模拟试验梁受力破坏情况;通过模型拉伸损伤计算能很好地对梁的裂缝产生位置及发展趋势进行预测;试验梁正常使用极限承载能力明显下降而抗弯极限承载能力略有升高。关键词

公路桥梁;抗弯承载力;试验研究;有限元分析;钢筋混凝土空心板梁;裂缝

中图分类号

U448．34

文献标识码

A

DOI :10．3969/j．issn．1003-1995．2017．09．09

收稿日期:2017-03-23;修回日期:2017-06-05

基金项目:辽宁省交通重点科技项目(201512，201513)第一作者:曾鹏(1990—)，男，硕士研究生。E-mail :zp0000006@163．com

通信作者:贾艳敏(1962—)，女，教授，博士。E-mail :yanminjia2008@126．com

钢筋混凝土空心板梁桥是我国中小跨度桥梁中广泛采用的结构形式之一。随着公路通行能力和服务水平不断提高，对服役桥梁的各项性能提出了更高的要求，而在外界诸多不利因素的长期影响下，服役桥梁病害逐渐增多，损伤程度不断加深，结构性能逐渐退化，是道路桥梁运营能力和安全的“瓶颈”［1-2］

。刘伯奇［3］

对钢筋混凝土空心板梁旧桥的承载能力进行了试验评

定，并总结了评定方法;马晓倩

［4］

对钢筋混凝土梁承

载力评估进行了试验研究，

对试验过程及桥梁承载能力做出了分析评定。目前主要都是通过现役桥梁进行试验研究，对实际服役多年的钢筋混凝土空心板梁的结构性能破坏性试验研究较少。

通过对一高速公路服役20年的8m 跨度钢筋混凝土空心板梁单梁破坏性加载试验，并根据其建设标准与实测材料性能建立非线性有限元模型，并进行了抗弯承载能力分析与破坏损伤产生裂缝模拟研究，为设计、加固、养护和检修提供参考。

1试验梁简介

试验梁为地处我国东北地区，服役20年的8m 钢

筋混凝土空心板梁，设计荷载为汽超-20、挂-120，计算

跨度为7.48m 。试验梁采用C25混凝土;纵向普通钢筋为HRB335，直径22mm ，箍筋为R235，直径8mm ;梁端各设圆形板式橡胶支座2只，直径为250mm ，高为35mm 。

2

试验简介

2.1

试验系统

试验梁端部采用原桥拆除的橡胶支座，以最大限

度模拟试验梁真实支撑。加载系统采用300t 液压千斤顶，利用CFBHL 轮辐荷重传感器与采集仪进行实时荷载控制与数据采集。反力由反力架传至混凝土反力基础，反力架通过预埋在基础内的高强地脚螺栓与基础连接。2.2

试验梁状态与状况按照规范

［5-6］

要求和试验研究需要，试验开始前

对钢筋混凝土梁病害及损伤情况进行检查评定，检测仪器见表1，

评定结果为试验梁损伤状况、几何形态、材质状况满足规范要求和试验研究需要。

表1

检测仪器

检测项目使用仪器反拱度精密水准仪

混凝土保护层厚度

Profometer5+钢筋扫描仪混凝土抗压强度

HT-225T 数显回弹仪裂缝宽度PTS-E40智能裂缝测宽仪裂缝深度DJCS-05裂缝测深仪钢筋锈蚀Canin +钢筋锈蚀仪

普通钢筋与箍筋位置

MINI-SIR 手持式钢筋结构扫描雷达仪

铁道建筑第57卷

2.3加载工况与测点布置

试验梁经预压后加载工况如表2所示，其中挂-

120荷载见规范［7］，特-480荷载为地方特殊荷载，其余工况荷载由最大裂缝宽度控制。采用距跨中0.7m 两点对称加载，每级加载由加载和持荷2部分组成。测点布置见图1。

表2

试验梁工况荷载

工况荷载1号试验梁

2号试验梁

1挂-120荷载√√2特-480荷载√

√3裂缝0.50mm 荷载√4裂缝0.75mm 荷载√5裂缝1.00mm 荷载√6

最终破坏荷载

√

√

图1

测点布置(单位:cm )

3有限元模型

采用ABAQUS 混凝土损伤塑性模型［8］

(Concrete

Damaged Plasticity Model )，简称CDP 模型。CDP 模型以损伤塑性理论为依据，考虑材料抗压性能差异，能很好地反映混凝土结构在循环与动态加载状态下的力学响应。根据合适的本构关系与试验梁材质检测性能，考虑膨胀角与黏性参数［9］

建立非线性有限元模型，对

试验梁进行模拟分析。

模型中混凝土、钢筋分别采用C3D8，T3D2单元，钢筋合并(Merge )为整体后嵌入(Embedded )混凝土中，钢筋与混凝土保持协调变形。支座和加载点均设参考点与实际受力面耦合，约束与荷载施加于参考点。

4结果及分析

将试验结果与模型结果进行了对比分析，具体分

析结果如下。

4.1挠度分析

试验梁加载后荷载-位移曲线见图2，可知随着荷

载的增加，挠度增长速率逐渐变大，曲线曲率逐渐变大，当荷载达到58.8kN (1，2号梁相同)时成平缓的曲线形，表明试验梁加载后直接进入混凝土开裂后、钢筋屈服前的带裂缝工作阶段

［10］

。1，2号试验梁荷载

分别加载至303.8，323.4kN 时曲线曲率迅速变化，表明普通钢筋屈服并进入短暂屈服强化阶段，此荷载为试验梁钢筋屈服荷载。荷载继续增加，位移剧增，当荷载达到325.4，342.6kN 时试验梁破坏，此荷载为试验梁极限荷载

。

图2荷载-位移曲

线

图3混凝土荷载-应变曲线

4.2混凝土应变分析

混凝土荷载-应变曲线见图3，可知裂缝阶段初期

梁顶混凝土压应变近似线性呈平缓曲线形。随着荷载的增加，曲率逐渐变大，应力较荷载增长速度快，归因于裂缝沿梁高向上开展，梁顶混凝土受压区高度逐渐减小。1，2号试验梁荷载达到钢筋屈服荷载后，曲线

4