雙箱組合梁試驗研究與理論分析匯報

1、 匯報人：喻匯報人：喻 江江 導(dǎo)導(dǎo) 師：胡少偉師：胡少偉 專專 業(yè)：橋梁與隧道工程業(yè)：橋梁與隧道工程南京水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)研究所南京水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)研究所1 1 研究點(diǎn)的探索研究點(diǎn)的探索2 組合梁試驗探究3 剪力滯理論分析4 結(jié)果分析5 鳴謝匯匯 報報 提提 綱綱武武漢漢長長江江大大橋橋橋梁賞析橋梁賞析橋梁賞析橋梁賞析橋梁賞析橋梁賞析6橋梁賞析橋梁賞析橋梁賞析橋梁賞析l濟(jì)南黃河橋l（寬34.5m）l廣東海印大橋l（寬35.0m）l樂從立交橋翼板砼剝落l佛陳大橋翼板裂縫l聯(lián)邦德國的Main橋l（寬38.5m）1.2 工程案例工程案例寬翼緣組合梁中剪滯效應(yīng)研究寬翼緣組合梁中剪滯效應(yīng)研究倒

2、T型鋼-混凝土組合梁I型鋼-混凝土組合梁單箱型鋼-混凝土組合梁v 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式1.3 研究思路研究思路一種新型的寬翼緣雙箱組合梁結(jié)構(gòu)被首次提出。v 研究方法研究方法試驗研究理論推導(dǎo)對比分析1 研究點(diǎn)的探索2 2 組合梁試驗探究組合梁試驗探究3 剪力滯理論分析4 結(jié)果分析5 鳴謝匯匯 報報 提提 綱綱寬翼緣鋼-混凝土組合梁試驗研究一、寬翼緣雙箱組合梁 設(shè)計方案二、組合梁試件圖紙三、試驗報告書四、試驗操作指南一、實(shí)驗儀器的測試與布置二、組合梁試件的安裝三、應(yīng)變片、位儀計、導(dǎo)桿 引伸儀等的安裝四、伺服儀分級加載一、數(shù)據(jù)采集與保存二、數(shù)據(jù)圖形化三、數(shù)據(jù)分析與反饋試驗方案的確定試驗方案的確定靜力加載

3、試驗靜力加載試驗試驗數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)處理2.1 試驗方案及準(zhǔn)備試驗方案及準(zhǔn)備試件總長凈跨翼板縱箍栓 釘預(yù)應(yīng)加載編號/mm/mm/mm筋筋間單排個數(shù)連接程度力筋方式距CB-6248004500 100015010108200167281無跨中加載CB-6348004500 100015010108200167281無對稱加載CB-6448004500 100015010108200214220.8無對稱加載CB-7148004500 100015010108200346140.5無跨中加載PCB-7048004500 100015010108200281170.6體外跨中加載PCB-654800

4、4500 100015010108200167281體內(nèi)跨中加載PCB-6648004500 100015010108200214220.8體內(nèi)跨中加載PCB-6748004500 100015010108200167281體外跨中加載PCB-6848004500 100015010108200214220.8體外跨中加載PCB-6948004500 100015010108200281170.6體外跨中加載PCB-7248004500 100015010108200346140.5體外跨中加載PCB-7348004500 100015010108200450110.4體外跨中加載試件一覽表試

5、件一覽表15015032015045001501501503201504500150雙箱鋼梁帽型栓釘砼翼板加勁肋雙箱鋼梁帽型栓釘砼翼板加勁肋1000150300170CB-62、63縱剖面圖1-1剖面圖11CB-64縱剖面圖10001503001702-2剖面圖221122栓釘間距167mm栓釘間距214mm1501503201504500150雙箱鋼梁帽型栓釘砼翼板加勁肋CB-71縱剖面圖1122栓釘間距346mm普通組合梁構(gòu)造詳圖普通組合梁構(gòu)造詳圖預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力組組合合梁梁構(gòu)構(gòu)造造詳詳圖圖1501503201 5 04 5 0 01 5 0雙 箱 鋼 梁帽 型 栓 釘砼 翼 板加 勁 肋1

6、5 04 5 0 01 5 0雙 箱 鋼 梁帽 型 栓 釘砼 翼 板加 勁 肋1 5 04 5 0 01 5 0雙 箱 鋼 梁帽 型 栓 釘砼 翼 板加 勁 肋11221 0 0 01503 0 01703 -3側(cè) 視 圖預(yù) 應(yīng) 力 加 載 塊33P C B -6 5縱 剖 面 圖栓 釘 間 距1 6 7 m m112233預(yù) 應(yīng) 力 加 載 塊P C B -6 6縱 剖 面 圖栓 釘 間 距2 1 4 m m栓 釘 間 距1 6 7 m m150150320P C B -6 7縱 剖 面 圖1 0 0 01503 0 01704 -4側(cè) 視 圖預(yù) 應(yīng) 力 加 載 塊1122441 5 04

7、5 0 01 5 0雙 箱 鋼 梁帽 型 栓 釘砼 翼 板加 勁 肋栓 釘 間 距2 1 4 m mP C B -6 8縱 剖 面 圖1122441 5 04 5 0 01 5 0雙 箱 鋼 梁帽 型 栓 釘砼 翼 板加 勁 肋栓 釘 間 距2 8 1 m mP C B -6 9、7 0縱 剖 面 圖1122441 5 04 5 0 01 5 0雙 箱 鋼 梁帽 型 栓 釘砼 翼 板加 勁 肋栓 釘 間 距3 4 6 m mP C B -7 2縱 剖 面 圖11224455555555轉(zhuǎn) 向 塊轉(zhuǎn) 向 塊轉(zhuǎn) 向 塊轉(zhuǎn) 向 塊1 0 0 01503 0 01705 -5側(cè) 視 圖1 0 0 01

8、503 0 01701 -1剖 面 圖1 0 0 01503 0 01702 -2剖 面 圖1 5 04 5 0 01 5 0雙 箱 鋼 梁帽 型 栓 釘砼 翼 板加 勁 肋栓 釘 間 距4 5 0 m mP C B -7 3縱 剖 面 圖11224455轉(zhuǎn) 向 塊預(yù) 應(yīng) 力 加 載 塊預(yù) 應(yīng) 力 加 載 塊預(yù) 應(yīng) 力 加 載 塊預(yù) 應(yīng) 力 加 載 塊鋼材類別鋼材類別鋼材材質(zhì)鋼材材質(zhì)體積體積m m3 3數(shù)量數(shù)量總體積總體積m m3 3密度密度Kg/mKg/m3 3質(zhì)量質(zhì)量kgkg總質(zhì)量總質(zhì)量kgkg長長mmmm寬寬mmmm高高mmmm直徑直徑mm托板Q235-B480080100.003840

9、000 360.1382478501085.1844476.38 腹板Q235-B4800101500.007200000 360.25920 78502034.720 底板Q235-B4800300100.014400000 120.17280 78501356.480 加勁肋板Q235-B15010400.000060000 1440.00864785067.82400 67.8240 加載塊1Q235-B300401200.001440000 40.00576785045.21600 429.426 加載塊2Q235-B380402300.003496000 140.04894 7850

10、384.2104 轉(zhuǎn)向塊Q235-B380400.000238761140.00334 785026.23984 26.2398 縱筋HPB2354860100.0003817041200.04580 7850359.5647 359.565 箍筋HPB235177088.89699E-053120.02776 7850217.9051 217.905 焊條1HPB235480060.0001357171440.01954 7850153.4143 159.966 焊條2HPB23520565.79624E-061440.00083 78506.552068 栓釘ML15162.34304E-

11、059600.02249 7850176.5714 176.571 鋼絞線1860MP級560015.240.001021522180.01839 7850144.3411 144.341 支座墊塊Q235-B3001000.00117809740.00471 785036.99225 36.9923 材料用量總表材料用量總表剛完工的剛完工的12根模具根模具等待澆筑的等待澆筑的12根模型梁根模型梁現(xiàn)場清理現(xiàn)場清理模型梁澆筑中模型梁澆筑中2.2 靜力加載試驗靜力加載試驗測測試試內(nèi)內(nèi)容容截面截面縱縱向向應(yīng)變應(yīng)變的的測測量量鋼鋼-砼砼相相對對滑移量的滑移量的測測量量縱縱向方向向方向豎豎向向撓撓度的度

12、的測測量量模型梁端部水平移模型梁端部水平移動動量量測測量量彈彈性承性承載載力、力、極極限承限承載載力力測測量量試驗試驗中性中性態(tài)觀態(tài)觀察及察及記錄記錄滑移測點(diǎn)布置撓度測點(diǎn)布置支座移動測點(diǎn)預(yù)應(yīng)力布置點(diǎn)加載點(diǎn)試件測點(diǎn)布置試件測點(diǎn)布置頂板應(yīng)變片布置側(cè)板應(yīng)變片布置應(yīng)變片布置底板腹板應(yīng)變片布置底板應(yīng)變片布置混凝土翼板雙箱鋼梁試件測點(diǎn)布置試件測點(diǎn)布置無限位塊有限位塊預(yù)應(yīng)力加載布置預(yù)應(yīng)力加載布置相相關(guān)關(guān)試試驗驗現(xiàn)現(xiàn)象象初始裂縫裂縫的擴(kuò)展裂縫的延伸試件破壞2.3 部分結(jié)果分析部分結(jié)果分析0204060801001201400100200300400500600700800荷載/KNm跨中撓度/mm CB-62

13、 PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-72 PCB-73010203040506070800100200300400500600700800荷載/KNm跨中撓度/mm CB-62 PCB-65 PCB-66(a) 有限位塊預(yù)應(yīng)力作用 (b) 無限位塊預(yù)應(yīng)力作用雙箱組合梁荷載-撓度曲線圖（不同剪力連接程度）（1 1）撓度特征）撓度特征（2 2）截面應(yīng)變分布（）截面應(yīng)變分布（PCB-69PCB-69）-2000-1000010002000300040005000200150100500-50-100-150-200截面高度/mm應(yīng)變/ 0.0Mu 0.1Mu 0.2Mu 0.3Mu

14、0.4Mu 0.5Mu 0.6Mu 0.7Mu 0.8Mu截面應(yīng)變隨高度分布（3 3）混凝土翼板應(yīng)變（）混凝土翼板應(yīng)變（PCB-69PCB-69）0-800-1600-2400-3200-4000-48000100200300400500600700800荷載/KNm應(yīng)變/ PCB-65 PCB-66 PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-70 PCB-72 PCB-73混凝土翼板跨中截面中心處應(yīng)變增長曲線-10001002003004005006000-500-1000-1500-2000-2500應(yīng)變/距中心距離/mm 0.1Mu 0.2Mu 0.3Mu 0.4Mu 0.5Mu

15、 0.6Mu 0.7Mu 0.8Mu 0.9Mu混凝土翼板頂面應(yīng)變分布0100200300400500600020004000600080001000012000應(yīng)變/荷載/KNm 腹上S21 腹上S22 腹中S23 腹下S24 腹下S25 距中心0mm 距中心75mm 距中心150mm01002003004005006000400080001200016000應(yīng)變/荷載/KNm雙箱鋼梁跨中截面底板應(yīng)變增長曲線（4 4）鋼梁應(yīng)變（）鋼梁應(yīng)變（PCB-69PCB-69）雙箱鋼梁跨中截面腹板應(yīng)變增長曲線（5 5）縱向鋼筋應(yīng)變（）縱向鋼筋應(yīng)變（PCB-69PCB-69）-3000-2000-1000

16、0100020003000400050000100200300400500600700荷載/KNm應(yīng)變/ z1 z2 z3 z4 z5 z6縱向鋼筋隨荷載增長曲線（6 6）滑移特征（）滑移特征（PCB-69PCB-69）-0.4 0.00.40.81.21.62.02.42.83.23.64.04.44.85.20100200300400500600荷載/KN滑移量/mm 距跨中0mm 距跨中563mm 距跨中1125mm 距跨中1688mm 距跨中2250mm05001000150020002500-0.60.00.61.21.82.43.03.64.24.85.4相對滑移量/mm距跨中距離

17、/mm 0.2Mu 0.4Mu 0.6Mu 0.8Mu 0.9Mu 0.95Mu 1.0Mu交界面滑移分布曲線交界面滑移隨荷載增長曲線（7 7）預(yù)應(yīng)力增量）預(yù)應(yīng)力增量0100200300400500600700020406080100120140160180200預(yù)應(yīng)力增量/KN荷載/KN PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-72 PCB-7301020304050607080900306090120150180210預(yù)應(yīng)力增量/KN撓度/mm PCB-67 PCB-68 PCB-69 PCB-72 PCB-73(a) 預(yù)應(yīng)力增量-荷載關(guān)系 (b) 預(yù)應(yīng)力增量-撓度關(guān)系預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)

18、力增量分布圖試件編號McrcrMyyMuuMu/Myu/y/KNm/mm/KNm/mm/KNm/mmCB-62184.68.96306.0516.82510.8453.121.673.16CB-63284.4216.18355.5322581.4894.361.644.29CB-64286.6214.54363.4322.42458.2342.161.261.88CB-71189.617.9331.8216.56497.7369.541.54.2PCB-70260.728.64331.8212.4532.1648.611.63.92PCB-65355.5213.3426.6317.62651.

19、7951.241.532.91PCB-66308.1210.78379.2214.54616.2454.921.633.78PCB-67305.1610.58463.8419.52689.6551.221.492.62PCB-68284.4210.36402.9317.46592.5467.841.473.89PCB-69284.429.3367.3713.38663.6461.181.814.57PCB-72201.466.48343.6714.31538.0274.641.575.22PCB-73189.616.78331.8215.7474.0383.741.435.33特征荷載下主要試

20、驗結(jié)果特征荷載下主要試驗結(jié)果（8 8）特征值）特征值試件編號P0PcrPyPuPuPu/ P0PCB-65306.80 34.21 47.55 127.48 434.28 1.42 PCB-66379.51 37.89 49.54 116.43 495.94 1.31 PCB-67361.88 29.45 39.27 111.21 473.09 1.31 PCB-68166.38 30.37 55.28 178.25 344.63 2.07 PCB-69166.60 38.96 62.89 186.53 353.13 2.12 PCB-70218.59 28.23 43.41 193.28 4

21、11.87 1.88 PCB-72229.33 24.69 50.16 170.43 399.76 1.74 PCB-73225.50 24.39 51.38 155.71 381.21 1.69 （9 9）預(yù)應(yīng)力增量特征值）預(yù)應(yīng)力增量特征值注：P0和Pu分別表示初始預(yù)應(yīng)力和極限預(yù)應(yīng)力；Pcr、Py、Pu分別表示翼板開裂、鋼梁底板屈服，以及極限承載能力時對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力增量。預(yù)應(yīng)力增量結(jié)果預(yù)應(yīng)力增量結(jié)果1 研究點(diǎn)的探索2 組合梁試驗探究3 3 剪力滯理論分析剪力滯理論分析4 結(jié)果分析5 鳴謝匯匯 報報 提提 綱綱單箱組合梁單箱組合梁剪剪力力滯滯現(xiàn)現(xiàn)象象雙箱組合梁雙箱組合梁剪剪力力滯滯現(xiàn)現(xiàn)象象3.1

22、 3.1 分析剪力滯方法分析剪力滯方法54321比擬桿法調(diào)諧函數(shù)法正交異性板法折板理論法能量變分能量變分法法NO.1NO.2NO.3兩種材料始終按照兩種材料始終按照線線彈性彈性假定進(jìn)行分析假定進(jìn)行分析兩種材料的兩種材料的撓屈位移撓屈位移始始終保持相同，終保持相同，并滿足并滿足平截平截面假定面假定兩種材料完全連接，且剪兩種材料完全連接，且剪力連接件力連接件縱向均勻分布縱向均勻分布3.2 3.2 分析前提分析前提xyohbhcb1b2b1b2b3b321cc121c3ccc1c3223sbb323sww4(0.5b )( )1( ) ;(0b )b( , )(0.5B)( )1( ) .(b0.5

23、B )b4(0.5b )( , )( )1( ) . (0b )b( )( )sxyw zuzxux zxyw zuzxxux zyw zuzxuzy w z頂板混凝土翼板縱向翹曲位移假定為2次拋物線分布；懸臂混凝土翼板假定為3次拋物線分布，鋼梁底板的縱向翹曲位移也假定為2次拋物線分布；鋼梁腹板仍然按照初等彎曲梁理論進(jìn)行分析。00cc1c2L222cc1cc1c1ccc201L222cc2cc2c2ccc2022()16G48JE ( )( )( )( ) ( ( ) 3153b9G39JE ( )( )( )( ) ( ( ) 2145bUUUw zwz uzuzu zdzwzwz uzuz

24、u zdz3.3 3.3 推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程混凝混凝土翼土翼板應(yīng)板應(yīng)變能變能雙箱雙箱鋼梁鋼梁應(yīng)變應(yīng)變能能00ssbswL222ssbssbsbsbsbsb203L2swssw0=2316G48JE ( )( )( )( ) ( ) 3153b3JE( )2UUUwzwz uzuzuzdzwzdz0Lp0(z)( )( )( )UMw zQ z w z dz外力外力勢能勢能邊界條件邊界條件控制微分方程控制微分方程12s0c12csss23s44(z)()()()0;33k3 5()()1 4()0;21 0 G5()()()0 .4b EcMwzuzuzuzwzuzuzwzuz00Lc1c0Lss

25、03 5()()() )0 ;25()()() )0 .4uzwzuzuzwzuz解析表達(dá)式解析表達(dá)式1121343122213*c1121334330cs*11121233431 () ()() () CC( )( )A () A() A () A ()A () A () A ()(z)4A ()4k33( )cch zsh zch zsh zzwzu zsh zch zsh zch zuush zch zsh zcMdzh zuz3.4 3.4 典型算例典型算例yxzL0FOL0混凝土翼板雙箱鋼梁中和軸yABzOyxzL0FOL0混凝土翼板雙箱鋼梁中和軸yABzO轉(zhuǎn)向塊預(yù)應(yīng)力筋ep轉(zhuǎn)向塊預(yù)

26、應(yīng)力單點(diǎn)加載簡支雙箱組合梁示意圖普通單點(diǎn)加載簡支雙箱組合梁示意圖222 0.52202p1c11120011c222 0.53202pcc11130021csb(4P) e4(0.5b )1m () ;2k2kb(0b )( , , )(4P) e(0.5B)1m () .2k2kb(b0.5B )( ,FFxFzyFshzxx y zFFxFzyFshzxx222 0.52202p3b11120033(4P) e4(0.5b ), ) 1m() .2k2kb(0b )FFxFzy zyFshzx220.523202p201000110(4(P /) )e()( )=(-L)k nk12164

27、(0.5)FLshzFzw zzzzzchL3.5 3.5 表達(dá)式表達(dá)式1 研究點(diǎn)的探索2 組合梁試驗探究3 剪力滯理論分析4 4 結(jié)果分析結(jié)果分析5 鳴謝匯匯 報報 提提 綱綱4.1 4.1 對比分析對比分析075015002250121086420mmz/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr075015002250121086420mmz/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr （a）考慮剪滯效應(yīng)計算值 （b）試驗測試值撓度荷載曲線關(guān)系（1 1）撓度對比）撓度對比誤差評估誤差評估比值誤差： 0.95121.1658（

28、2 2）混凝土翼板應(yīng)變對比）混凝土翼板應(yīng)變對比01002003004005006007000-200-400-600-800-1000 x/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr01002003004005006000-200-400-600-800-1000 x/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr （a）考慮剪滯效應(yīng)計算值 （b）試驗測試值混凝土翼板表面應(yīng)變分布05101520253035404550550.60.81.01.21.4REn05101520253035404550550.60.81.01.21.4 誤

29、差評估誤差評估比值誤差：0.80931.07290.062.5125.0030060090012001500 x/mm 1.0Mcr 0.8Mcr 0.6Mcr 0.4Mcr 0.2Mcr0.062.5125.0030060090012001500 x/mm 1.0Mcr 0.8Mcr 0.6Mcr 0.4Mcr 0.2Mcr （3 3）鋼梁底板應(yīng)變對比）鋼梁底板應(yīng)變對比（a）考慮剪滯效應(yīng)計算值 （b）試驗測試值鋼梁底板應(yīng)變分布誤差評估誤差評估比值誤差： 0.9171.209（4 4）截面應(yīng)變對比）截面應(yīng)變對比-900-600-300030060090012001500250200150100

30、500-50-100-150H/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr-900-600-300030060090012001500250200150100500-50-100-150H/mm 0.2Mcr 0.4Mcr 0.6Mcr 0.8Mcr 1.0Mcr （a）考慮剪滯效應(yīng)計算值 （b）試驗測試值組合梁截面高度應(yīng)變分布誤差評估誤差評估比值誤差：0.7261.1844.2 4.2 影響參數(shù)分析影響參數(shù)分析150100037010370260101151151010115101151032016010寬翼緣雙箱組合梁橫截面構(gòu)造取左圖所示的寬翼緣雙箱簡支組合

31、梁，凈跨4.5m ，混凝土頂翼板寬0.13m，懸臂翼板寬0.37m，厚0.15m，雙箱鋼梁底板寬0.26m，高0.17m，腹板厚0.1m，計算時不考慮自重。算例模型梁算例模型梁二二一一三三四四強(qiáng)度強(qiáng)度尺寸尺寸腹板腹板斜度斜度荷載荷載位置位置 混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度 鋼梁強(qiáng)度鋼梁強(qiáng)度影響參數(shù)影響參數(shù) 翼寬比翼寬比 寬跨比寬跨比寬厚比寬厚比 三種腹板斜度三種腹板斜度 五種荷載位置五種荷載位置（1 1）混凝土強(qiáng)度影響）混凝土強(qiáng)度影響-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.60.940.950.960.970.980.991.001.011.021.03

32、C20 C30 C40 C50 C60 C70 C80 x(m)0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.00.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8 C20 C30 C40 C50 C60 C70 C80z(m)不同混凝土材料頂板橫向剪力滯中軸線縱向剪力滯（2 2）鋼梁強(qiáng)度影響）鋼梁強(qiáng)度影響-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.60.900.920.940.960.981.001.021.041.06x(m) ZT ZG TG HJG0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.00.01.53.04.56.07.59.0 ZT ZG TG HJGz(m)不同鋼梁材料頂板橫向剪力滯中軸線縱向剪力滯（3 3）翼寬比影響）