波形钢腹板预应力组合箱梁纯扭全过程分析

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20240546

摘要/Abstract

摘要：

本文基于联合作用软化桁架模型（CA-STM）提出了一种适用于波形钢腹板组合箱梁的扭转理论模型（PCA-STM），并给出了优化算法。该模型考虑了预应力效应，并根据腹板屈服状态引入了波形钢腹板与混凝土板之间的变形协调关系。通过试验验证了理论模型的准确性，结果表明：PCA-STM可以很好地预测波形钢腹板组合箱梁在纯扭作用下的全过程受力行为，包括扭矩-扭率曲线、混凝土和波形钢腹板剪应变曲线等。

关键词: 桥梁与隧道工程, 联合作用软化桁架模型, 波形钢腹板, 优化算法, 纯扭作用

Abstract:

A torsional theoretical model （PCA-STM） applicable to composite box girders with corrugated steel webs （CSW） is proposed based on the combined action softened truss model （CA-STM）， and an optimized algorithm is given. This model takes into account the prestressing effect and introduces a deformation coordination relationship between the CSW and the concrete slabs based on the yield state of the CSW. The accuracy of the theoretical model is verified by experiments and the results show that PCA-STM can well predict the full torsional behavior of the composite box girders with CSW， including the torque-twist curve， shear strain curves of concrete and CSW.

Key words: bridge and tuunel engineering, combined action softened truss model, corrugated steel webs, optimized algorithm, pure torsion

中图分类号:

TU318

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图/表 21

图1

图2

图3

图4

图5

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图11

表1

图12

图13

图14

表2

表3

理论扭矩与试验结果对比"

试验梁	开裂状态			腹板屈服状态			极限扭矩状态
试验梁	$T X, c r E x p$ / （kN·m）	$T C, c r T h$ / （kN·m）	$T X, c r E x p T C, c r T h$	$T W E x p$ / （kN·m）	$T W, C T h$ / （kN·m）	$T W E x p T W, C T h$	$T X, u E x p$ / （kN·m）	$T C, u T h$ / （kN·m）	$T X, u E x p T C, u T h$
1#^［18］	113.63	121.52	0.935	191.14	188.13	1.016	200.00	197.26	1.014
2#^［18］	115.60	119.35	0.969	196.61	198.57	0.990	222.67	200.31	1.112
3#^［18］	113.46	99.51	1.140	164.05	140.96	1.164	224.36	207.49	1.081
4#^［18］	113.20	107.30	1.055	157.39	137.02	1.149	180.92	188.03	0.962
S-1^［6］	75.92	71.04	1.069	105.20	111.28	0.945	128.05	138.99	0.921
S-2^［6］	90.92	92.02	0.988	134.86	127.95	1.054	165.50	176.76	0.936
A-1	66.82	56.72	1.178	126.01	125.36	1.005	155.68	166.45	0.935
平均值	-	-	1.048	-	-	1.046	-	-	0.994
标准差	-	-	0.083	-	-	0.076	-	-	0.071

表3

图15

表4

理论扭率与试验结果对比"

试验梁	开裂状态			腹板屈服状态			极限扭矩状态
试验梁	$θ X, c r E x p$ / （rad·m^-1）	$θ C, c r T h$ / （rad·m^-1）	$θ X, c r E x p θ C, c r T h$	$θ W E x p$ / （rad·m^-1）	$θ W, C T h$ / （rad·m^-1）	$θ W E x p θ W, C T h$	$θ X, u E x p$ / （rad·m^-1）	$θ C, u T h$ / （rad·m^-1）	$θ X, u E x p θ C, u T h$
1#^［18］	0.004	0.004	1.000	0.023	0.017	1.353	0.029	0.038	0.763
2#^［18］	0.005	0.004	1.250	0.018	0.032	0.563	0.032	0.042	0.762
3#^［18］	0.002	0.002	1.000	0.004	0.008	0.500	0.020	0.040	0.500
4#^［18］	0.003	0.003	1.000	0.008	0.008	1.000	0.019	0.024	0.792
S-1^［6］	0.003	0.002	1.500	0.008	0.009	0.889	0.028	0.025	1.120
S-2^［6］	0.003	0.003	1.000	0.010	0.008	1.250	0.030	0.026	1.154
A-1	0.003	0.002	1.500	0.008	0.006	1.333	0.029	0.033	0.879
平均值	-	-	1.179	-	-	0.984	-	-	0.853
标准差	-	-	0.220	-	-	0.327	-	-	0.210

表4

图16

图17

参考文献 18

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混凝土立方体抗压强度/MPa	屈服强度/MPa			初始预应力/kN	有效预应力/kN
混凝土立方体抗压强度/MPa	纵筋	箍筋	波形钢腹板	初始预应力/kN	有效预应力/kN
50.3	400	400	260	125	105

试验梁	边界条件		预应力布置	有效预应力/kN
1#^［18］	一端固定、另一端自由旋转	纯扭	顶板2φ15.2、底板2φ15.2/后张法	100
2#^［18］	一端固定、另一端自由旋转	纯扭	顶板2φ15.2、底板2φ15.2/后张法	100
3#^［18］	一端固定、另一端自由旋转	纯扭	顶板2φ15.2、底板2φ15.2/后张法	100
4#^［18］	一端固定、另一端自由旋转	纯扭	顶板2φ15.2、底板2φ15.2/后张法	100
S-1^［6］	一端固定、另一端自由旋转	纯扭	顶板2φ15.2、底板2φ15.2/后张法	105
S-2^［6］	一端固定、另一端自由旋转	纯扭	顶板2φ15.2、底板2φ15.2/后张法	105