東方高架組合梁負(fù)彎矩區(qū)受力性能 試驗(yàn)研究

1、東方高架組合梁負(fù)彎矩區(qū)受力性能試驗(yàn)研究The stress performance analysis of negative moment region of Eastern Elevated Highway steel -concrete composite beam顧靜忠1 倪文婷1 蘇慶田2（1蘇通科技產(chǎn)業(yè)園規(guī)建局 2同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系）摘 要：本文通過(guò)對(duì)三根后結(jié)合預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁的試驗(yàn)實(shí)例，分析了在荷載施加的各個(gè)階段，后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁與其余兩種試驗(yàn)梁的差異，研究了混凝土板裂縫隨荷載增加的發(fā)展規(guī)律、鋼梁與混凝土板各個(gè)測(cè)點(diǎn)上的應(yīng)力分布規(guī)律、試驗(yàn)梁的跨中撓度隨荷載變化的規(guī)律以及試驗(yàn)梁的最終破壞

2、形態(tài)。關(guān)鍵詞： 高架橋梁 組合梁 試驗(yàn) 研究1 概述鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁充分利用鋼材和混凝土各自的材料性能，通過(guò)剪力連接件將二者結(jié)合起來(lái)共同受力，相對(duì)于混凝土梁具有結(jié)構(gòu)自重輕、構(gòu)件截面尺寸小、承載力高、抗震性能好、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于鋼梁具有剛度大、整體穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前組合結(jié)構(gòu)已成為繼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)之后的一種新型結(jié)構(gòu)體系。東方大道快速化改造工程主線高架橋南起沿江公路，北至通滬大道，主線高架終點(diǎn)，主線高架全長(zhǎng)約12.8公里，同時(shí)，全線共設(shè)置10對(duì)平行式上下匝道和一對(duì)定向匝道（星湖大道處E8和E9），橋梁總面積約38.628萬(wàn)m2，建安總造價(jià)約20億元。E8，E9匝道為37+45+

3、37m鋼-混凝土組合梁，橋面全寬9.0559.4m。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年，橋梁安全等級(jí)：一級(jí)，橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面采用流線型，鋼梁采用Q345qD鋼材，橋面板采用現(xiàn)澆C50混凝土，混凝土橋面板與鋼梁之間通過(guò)布置于鋼梁頂板的圓頭焊釘剪力釘連接，剪力釘直徑22mm，高度為200mm。 2 組合梁負(fù)彎矩區(qū)受力性能的試驗(yàn)方案后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁作為一種新型的組合梁結(jié)構(gòu)，目前對(duì)其的研究資料極少，后結(jié)合預(yù)應(yīng)力對(duì)組合連續(xù)梁的整體受力性能、鋼梁的受力、混凝土裂縫、組合梁的極限承載能力的影響都需要進(jìn)行分析研究。為了更深入更準(zhǔn)確的了解后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁的受力特性，本試驗(yàn)制作了一根后結(jié)合預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁（N-3）以研究此類(lèi)組合

4、連續(xù)梁的整體受力性能、鋼梁的受力、梁跨中撓度及破壞模態(tài)等。同時(shí)，本試驗(yàn)還分別制作了一根非預(yù)應(yīng)力組合試驗(yàn)梁（N-1）和一根常規(guī)先結(jié)合預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁（N-2），用以觀察、對(duì)比和分析在荷載施加的各個(gè)階段，后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁與其余兩種試驗(yàn)梁的差異，主要包括其混凝土板裂縫隨荷載增加的發(fā)展規(guī)律、鋼梁與混凝土板各個(gè)測(cè)點(diǎn)上的應(yīng)力分布規(guī)律、試驗(yàn)梁的跨中撓度隨荷載變化的規(guī)律以及試驗(yàn)梁的最終破壞形態(tài)。通過(guò)對(duì)比以上試驗(yàn)現(xiàn)象以及相關(guān)數(shù)據(jù)，分析后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁在受力上的特點(diǎn)。2.1 試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)方案組合梁負(fù)彎矩區(qū)受力性能試驗(yàn)梁包括：非預(yù)應(yīng)力組合試驗(yàn)梁（N-1）、常規(guī)預(yù)應(yīng)力組合試驗(yàn)梁（N-2）以及群釘后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合試驗(yàn)梁（

5、N-3）。通過(guò)對(duì)比各試驗(yàn)梁在預(yù)應(yīng)力張拉以及承載力試驗(yàn)過(guò)程中混凝土板與鋼梁的應(yīng)力、變形以及裂縫的發(fā)展情況等，分析后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁在整體受力上的特點(diǎn)，尤其是后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁混凝土板的受力特性。圖1.1試驗(yàn)梁總體布置圖圖1.2 N-1與N-2試驗(yàn)梁斷面圖圖1.3 N-3試驗(yàn)梁斷面圖試驗(yàn)梁總體布置圖如圖1.1所示，試驗(yàn)梁鋼梁部分頂板厚6mm，腹板厚8mm，底板厚10mm，混凝土板厚100mm，板寬1400mm。除剪力連接鍵布置形式不同之外，三根試驗(yàn)梁其余幾何尺寸一致。圖1.4剪力釘布置圖圖1.4分別列出了均勻布置剪力釘與群釘剪力釘布置圖，其中N-1和N-2試驗(yàn)梁采用單釘布置，剪力釘縱向間距為120

6、mm，分布于鋼梁翼緣上，同一截面每側(cè)翼緣布置2根剪力釘，橫向間距為80mm；N-3試驗(yàn)梁為剪力釘為群釘形式，群釘采用3×3的布置形式，其縱橫向間距均為60mm，群釘簇之間的間距為60mm。剪力釘采用ML15型剪力釘。圖1.5均勻布置剪力釘圖1.6群釘剪力釘N-1試驗(yàn)梁為無(wú)預(yù)應(yīng)力組合梁，縱向鋼筋直徑為8mm，箍筋直徑為6mm，其混凝土板配筋圖如圖所示： 圖1.7 N-1試驗(yàn)梁混凝土板配筋圖N-2與N-3試驗(yàn)梁為預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁，其混凝土板配筋圖以及預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖如下圖所示。其縱向鋼筋直徑為8mm，箍筋直徑為6mm，預(yù)應(yīng)力鋼束采用15.24鋼絞線。圖1.8 N-2與N-3試驗(yàn)梁配筋圖與鋼束

7、布置圖在澆筑混凝土的過(guò)程中，N-3試驗(yàn)梁預(yù)留群釘后澆沙漿孔，待預(yù)應(yīng)力張拉完成后澆筑砂漿，以實(shí)現(xiàn)鋼梁與混凝土的結(jié)合。 圖1.9 N-3試驗(yàn)梁群釘預(yù)留孔2.2試驗(yàn)內(nèi)容組合梁模型試驗(yàn)梁測(cè)試內(nèi)容主要包括試驗(yàn)荷載、混凝土橋面板裂縫開(kāi)展及其寬度、全梁撓度變形以及鋼梁底板、鋼梁腹板、鋼梁上翼緣、混凝土橋面板的應(yīng)力狀態(tài)。圖為本次試驗(yàn)的加載示意圖。圖1.10組合梁位移計(jì)布置（cm）圖1.11為組合試驗(yàn)梁位移計(jì)布置圖，其中P表為測(cè)量全梁豎向位移的撓度位移計(jì)，采用精度為0.005mm的電子位移計(jì)，布置于鋼梁底面。圖1.11組合梁位移計(jì)布置（mm）負(fù)彎矩區(qū)模型試驗(yàn)梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)主要布置于中支點(diǎn)截面、距中支點(diǎn)1倍梁高（57

8、0mm）以及距中支點(diǎn)1/4跨（1250mm）處截面，見(jiàn)圖。鋼梁上翼緣測(cè)點(diǎn)布置在上翼緣底面，箱梁外側(cè)。腹板測(cè)點(diǎn)主要布置于外側(cè)，以便應(yīng)變片的粘貼，鋼梁底板測(cè)點(diǎn)布置于底部外側(cè)，鋼梁底板箱內(nèi)側(cè)無(wú)測(cè)點(diǎn)。同時(shí)，在鋼梁腹板與底板也相應(yīng)的布置了應(yīng)變計(jì)。圖1.12鋼梁測(cè)點(diǎn)布置（mm）圖1.8為混凝土橋面板表面測(cè)點(diǎn)布置?；炷翍?yīng)變片主要布置于混凝土板頂面，與鋼梁上應(yīng)變片布置圖相類(lèi)似，混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)主要布置于中支點(diǎn)截面、距中支點(diǎn)1倍梁高（570mm）以及距中支點(diǎn)1/4跨（1250mm）處截面。圖1.13 混凝土橋面板表面測(cè)點(diǎn)布置加載及測(cè)試方案圖1.14后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁試驗(yàn)本試驗(yàn)加載方法如圖1.14所示，采用液壓千

9、斤頂對(duì)試驗(yàn)梁跨中處施加反向集中荷載，千斤頂下端置于地面，其頂面放置一圓弧面朝上弧形鋼板使試驗(yàn)量能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一端使用反力架固定，傳力路徑為支座荷載分配梁反力架地錨；另一端采用千斤頂對(duì)梁端豎向位移限定。邊支點(diǎn)混凝土板和荷載分配梁之間采用弧形墊板，以使試驗(yàn)梁在加載過(guò)程中試驗(yàn)梁端部能自由轉(zhuǎn)動(dòng)（圖1.15），保持簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系。圖1.14為負(fù)彎矩區(qū)受力性能模型試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。 （a）梁端球鉸約束 （b）中支點(diǎn)弧形板約束圖1.15試驗(yàn)梁邊界約束試驗(yàn)加載程序分為預(yù)加載和正式加載兩部分。預(yù)載荷載為40kN，分2級(jí)施加，每級(jí)荷載20kN，持荷10分鐘，最后卸載至0。根據(jù)預(yù)加載數(shù)據(jù)，判斷加載設(shè)備及測(cè)試儀器等是否正常工作，

10、調(diào)整故障設(shè)備后正式加載。正式加載分兩階段進(jìn)行，第一階段荷載值從0至混凝土板首次出現(xiàn)裂縫為止，每級(jí)荷載約為100kN，加載速率為10kN/min；第二階段從第一階段結(jié)束時(shí)的荷載只至試件破壞，每級(jí)100kN，加載速率為20kN/min。試驗(yàn)加載至極限荷載后，緩慢卸載至0。整個(gè)加載及卸載過(guò)程中連續(xù)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1組合梁的材性試驗(yàn)結(jié)果鋼梁板材材質(zhì)為Q345，其材性試驗(yàn)依照GB/T 228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法中所述方法測(cè)試其屈服強(qiáng)度及極限強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表。表3.1鋼板基本力學(xué)性能板厚應(yīng)用部位試件編號(hào)屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值/Mpa屈服強(qiáng)度平均值/Mpa極限強(qiáng)度實(shí)測(cè)值/Mpa極限強(qiáng)度

11、平均值/Mpa8mm腹板1386.6 384.3546.1547.42379.9548.83386.4547.26mm翼緣1406.7402.9545.1542.22405.0541.83396.9539.610mm底板1399.2398.2552.2552.32400.4551.33395.0553.2混凝土用普通鋼筋采用HRB335熱軋帶肋鋼筋，其屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度分別如表3.2所示。表3.2鋼筋基本力學(xué)性能直徑應(yīng)用部位試件編號(hào)屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值/Mpa屈服強(qiáng)度平均值/Mpa極限強(qiáng)度實(shí)測(cè)值/Mpa極限強(qiáng)度平均值/Mpa8mm縱向受力鋼筋1577.2 563.8650.9651.42583.26

12、86.73535.4633.04559.3635.03.2組合梁受力性能試驗(yàn)結(jié)果預(yù)應(yīng)力張拉N-2與N-3試驗(yàn)梁分別為常規(guī)先結(jié)合預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁和后結(jié)合預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁，待混凝土達(dá)到其強(qiáng)度后開(kāi)始預(yù)應(yīng)力張拉，在張拉過(guò)程中，通過(guò)正弦式應(yīng)變計(jì)監(jiān)控跨中混凝土板與鋼梁應(yīng)力的變化情況。預(yù)應(yīng)力張拉采用對(duì)稱(chēng)、多次張拉的方法，保證預(yù)應(yīng)力均勻的施加于混凝土板。其張拉端預(yù)應(yīng)力鋼束編號(hào)如圖所示，一共有5組鋼束，每組鋼束有預(yù)應(yīng)力束，其中、組每根鋼束最終張拉力為100kN，、組每根鋼束最終張拉力為105kN。圖3.2預(yù)應(yīng)力鋼束編號(hào)其中N-2試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力張拉順序如表3.3所示，N-2試驗(yàn)梁總共進(jìn)行了14次預(yù)應(yīng)力張拉。表 3.3 N-

13、2試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力張拉（單位：kN）第1次80第2次80第3次100第4次100第5次100第6次80第7次80第8次100第9次100第10次105第11次105第12次105第13次105第14次105由于N-3試驗(yàn)梁混凝土板中有群釘孔洞，削弱了在預(yù)應(yīng)力張拉階段混凝土板的承載力，因此N-3試驗(yàn)梁總共進(jìn)行了24次預(yù)應(yīng)力張拉，如表3.4所示。表 3.4N-3試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力張拉（單位：kN）第1次35第2次35第3次70第4次70第5次67第6次35第7次35第8次70第9次70第10次70第11次70第12次70第13次100第14次100第15次100第16次70第17次70第18次100第19次

14、100第20次105第21次105第22次105第23次105圖3.3試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力張拉端預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁的張拉端如圖3.3所示，從左到右一共5組鋼束，采用扁錨對(duì)其進(jìn)行固定。(1) N-2試驗(yàn)梁N-2試驗(yàn)梁的應(yīng)變計(jì)均布置與試驗(yàn)梁中支座處，其橫截面布置如圖所示。圖3.4 N-2試驗(yàn)梁應(yīng)變計(jì)布置圖表3.5為預(yù)應(yīng)力張拉完成后鋼梁與混凝土板的應(yīng)變，根據(jù)應(yīng)變計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)可以看出，施加于混凝土的預(yù)應(yīng)力有一部分通過(guò)剪力連接鍵傳遞給鋼梁，導(dǎo)致混凝土板應(yīng)力較小均為2MPa以內(nèi)，而鋼梁頂板與腹板靠近鋼梁部分產(chǎn)生壓應(yīng)力，鋼梁底板與腹板靠近底板部分產(chǎn)生拉應(yīng)力。表3.5 N-2試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力張拉階段應(yīng)變混凝土板鋼梁編號(hào)1234

15、5678910-29-25-47-20-47-46-1172231（MPa）-1.04-0.9-1.69-0.72-1.69-9.66-2.311.474.626.51(2) N-3試驗(yàn)梁N-3試驗(yàn)梁的應(yīng)變計(jì)布置應(yīng)變計(jì)均布置與試驗(yàn)梁中支座處，在群釘灌漿孔處未設(shè)置應(yīng)變計(jì)，其橫截面布置如圖所示。圖3.5 N-3試驗(yàn)梁應(yīng)變計(jì)布置圖圖3.5為預(yù)應(yīng)力張拉完成后鋼梁與混凝土板的應(yīng)變，根據(jù)應(yīng)變計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)可以看出，由于鋼梁與混凝土板之間沒(méi)有通過(guò)剪力連接鍵實(shí)現(xiàn)連接，故混凝土板中的應(yīng)力明顯大于N-2梁中混凝土板的應(yīng)力，基本為56MPa。但由于混凝土與鋼梁之間存在摩擦力，因而可以看出仍然有一部分預(yù)應(yīng)力傳遞給了鋼梁

16、，導(dǎo)致鋼梁頂板與腹板靠近頂板部分出現(xiàn)壓應(yīng)力，鋼梁底板與腹板靠近底板部分出現(xiàn)拉應(yīng)力，但其數(shù)值大大小于N-2梁中鋼梁應(yīng)力。表3.6 N-3試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力張拉階段應(yīng)變混凝土板鋼梁編號(hào)135678910-170-159-162-13-9112（MPa）-6.12-5.724-5.832-2.73-1.890.210.210.42通過(guò)對(duì)比預(yù)應(yīng)力張拉階段N-2與N-3梁在預(yù)應(yīng)力張拉階段的數(shù)據(jù)，可以看出經(jīng)過(guò)預(yù)應(yīng)力張拉之后，N-3試驗(yàn)梁中混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力明顯高于N-2試驗(yàn)梁，更有利于組合梁的整體受力。待預(yù)應(yīng)力施加完成后，對(duì)N-3試驗(yàn)梁群釘灌漿孔澆筑微膨脹高強(qiáng)砂漿，實(shí)現(xiàn)混凝土板與鋼梁結(jié)構(gòu)的連結(jié)。破壞過(guò)程圖 3

17、.7 裂縫混凝土橋面板分區(qū)圖如圖3.7所示，為了方便標(biāo)識(shí)裂縫的位置以及其發(fā)展趨勢(shì)，將混凝土板做分區(qū)處理。其中，橫向一格代表10cm，板厚表示混凝土板側(cè)向厚度方向，其寬度也為10cm，縱向一格代表15cm。(1) N-1試驗(yàn)梁N-1試驗(yàn)梁在試驗(yàn)加載過(guò)程中，在中支座處附近負(fù)彎矩區(qū)混凝土板首先出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的增加，裂縫逐漸向邊支座擴(kuò)展，且裂縫寬度不斷增加。負(fù)彎矩區(qū)混凝土開(kāi)始退出工作，鋼筋在混凝土板退出工作以后替代混凝土板承擔(dān)拉應(yīng)力，在鋼筋屈服后，鋼梁腹板及底板開(kāi)始大面積屈服，當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到1600kN時(shí)，組合連續(xù)梁的跨中荷載位移曲線已經(jīng)表現(xiàn)出了明顯的非線性特征，預(yù)示著結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近或者到達(dá)了承載能

18、力極限狀態(tài)。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.8 第一條裂縫發(fā)展情況試驗(yàn)梁在正式加載以后，當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到100kN時(shí)，中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板出現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫條數(shù)共1根，最大裂縫寬度約為0.05mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.9 300kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.9所示，當(dāng)荷載繼續(xù)增大到300kN時(shí)，負(fù)彎矩區(qū)混凝土板已經(jīng)出現(xiàn)了一定數(shù)量的裂縫，主要集中在中支點(diǎn)左右一倍梁高的范圍內(nèi)，裂縫走向基本為橫橋向，表明混凝土板主要為受拉開(kāi)裂。裂縫中已經(jīng)有一條橫向貫穿整個(gè)混凝土板的裂縫，其位置位于橫向中心線15cm處，該裂縫寬度如為0.21mm，為這一荷載等級(jí)下最寬的裂縫。

19、當(dāng)荷載增加到260kN時(shí)，出現(xiàn)寬度為0.2mm的裂縫。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.10 600kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.10所示為荷載為600kN時(shí)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板裂縫分布圖，裂縫區(qū)域擴(kuò)大到距離中支點(diǎn)左右2倍梁高的區(qū)域，并且原有的裂縫在橫向有所發(fā)展，且出現(xiàn)了新的橫向裂縫，橫向貫穿裂縫也較之于前一荷載階段多。在這一荷載等級(jí)下，裂縫的最大寬度為0.27mm，這條裂縫即為140kN時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生的橫向貫通裂縫。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.11 900kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.11所示為900kN時(shí)試驗(yàn)梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土板頂面裂縫分布圖，900kN時(shí)裂縫的

20、分布相比600kN時(shí)在區(qū)域上有了較為明顯地?cái)U(kuò)大且更為密集，裂縫區(qū)域的邊緣已經(jīng)沿伸至距離中支點(diǎn)3倍梁高的地方。原有裂縫繼續(xù)向兩側(cè)沿伸，在中支點(diǎn)一倍梁高范圍內(nèi)有多根裂縫發(fā)展成為橫向貫通裂縫。此荷載等級(jí)下裂縫最大寬度為0.31mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.12 1200kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.12所示為1200kN時(shí)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板頂面的裂縫分布圖。在這一荷載等級(jí)下，裂縫區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，中支點(diǎn)左右2倍梁高范圍內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)數(shù)條貫通裂縫，中支點(diǎn)左右2倍梁高范圍內(nèi)以貫通裂縫為主，且裂縫寬度較900kN增加較大，在這一荷載等級(jí)下，裂縫的最大寬度為0.59mm，如圖（b）所示。

21、（a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.13 1500kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況試驗(yàn)荷載到達(dá)1500kN時(shí)，負(fù)彎矩區(qū)混凝土板頂面的裂縫分布如圖3.13所示。從1200kN到1500kN這一階段，新增裂縫較少，原有的裂縫寬度開(kāi)始迅速增大，中支點(diǎn)處裂縫最大寬度達(dá)到1.37mm，肉眼清晰可見(jiàn)。試驗(yàn)梁的撓度變形增加較快，中支點(diǎn)處鋼梁出現(xiàn)大面積屈服。在試驗(yàn)荷載達(dá)到1950kN時(shí)，試驗(yàn)梁變形繼續(xù)增大，肉眼清晰可見(jiàn)，此時(shí)已無(wú)新裂縫出現(xiàn)，中支點(diǎn)處裂縫迅速增大，最寬裂縫超過(guò)3mm。 圖3.14 混凝土板總體變形及最大裂縫(2) N-2試驗(yàn)梁N-2試驗(yàn)梁為常規(guī)預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁。與N-1試驗(yàn)梁相似，在試驗(yàn)加載過(guò)程中

22、，在中支座處附近負(fù)彎矩區(qū)混凝土板首先出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的增加，裂縫逐漸向邊支座擴(kuò)展，且裂縫寬度不斷增加。負(fù)彎矩區(qū)混凝土開(kāi)始退出工作，鋼筋在混凝土板退出工作以后替代混凝土板承擔(dān)拉應(yīng)力，在鋼筋屈服后，鋼梁腹板及底板開(kāi)始大面積屈服，當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到1600kN時(shí)，組合連續(xù)梁的跨中荷載位移曲線已經(jīng)表現(xiàn)出了明顯的非線性特征，預(yù)示著結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近或者到達(dá)了承載能力極限狀態(tài)。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.15第一條裂縫發(fā)展情況試驗(yàn)梁在正式加載以后，當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到375kN時(shí)，中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板出現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫條數(shù)共1根，最大裂縫寬度約為0.06mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3

23、.16 600kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.16所示為荷載為600kN時(shí)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板裂縫分布圖。裂縫區(qū)域由中支點(diǎn)擴(kuò)展到距離中支點(diǎn)左右1倍梁高的區(qū)域，并且在距中支點(diǎn)左側(cè)25cm處出現(xiàn)了一條貫通裂縫，其裂縫寬度為0.09mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.17 900kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.17所示為900kN時(shí)試驗(yàn)梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土板頂面裂縫分布圖，900kN時(shí)裂縫的分布相比600kN時(shí)在區(qū)域上有了較為明顯地?cái)U(kuò)大且更為密集，裂縫區(qū)域的邊緣已經(jīng)沿伸至距離中支點(diǎn)左右1.52.0倍梁高處。原有裂縫發(fā)展成為橫向貫通裂縫，并且有大量的新增貫穿裂縫出現(xiàn)。在中支點(diǎn)一倍梁高范圍

24、內(nèi)有多根裂縫發(fā)展成為橫向貫通裂縫。當(dāng)荷載達(dá)到780kN和 900kN荷載等級(jí)下裂縫最大寬度分別為0.2mm、0.27mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖 3.18 1200kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.18所示為1200kN時(shí)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板頂面的裂縫分布圖。在這一荷載等級(jí)下，裂縫區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大到中支點(diǎn)左右3倍梁高處，中支點(diǎn)左右2倍梁高范圍內(nèi)以貫通裂縫為主，且裂縫比上一階段更為密集，裂縫寬度有所增加。在這一荷載等級(jí)下，裂縫的最大寬度為0.34mm，如圖3.18（b）所示。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.19 1500kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況試驗(yàn)荷載到達(dá)1500k

25、N時(shí)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板頂面的裂縫分布如圖3.19所示。從1200kN到1500kN這一階段，原有裂縫寬度增加較為迅速，由于原有裂縫寬度增加導(dǎo)致的卸載作用，新增裂縫數(shù)較少。中支點(diǎn)處裂縫最大寬度達(dá)到0.46mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.20 1800kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況試驗(yàn)荷載到達(dá)1800kN時(shí)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板頂面的裂縫分布如圖3.20所示。從1500kN到1800kN這一階段，新增裂縫較少，在原有裂縫基礎(chǔ)上出現(xiàn)短裂縫，中支點(diǎn)處裂縫最大寬度達(dá)到0.46mm，該裂縫為首次出現(xiàn)的貫通裂縫。同時(shí)，在1700kN開(kāi)始，試驗(yàn)梁跨中撓度變形開(kāi)始迅速增加，中支點(diǎn)處鋼梁頂?shù)装彘_(kāi)始出現(xiàn)大面

26、積屈服。中支點(diǎn)處裂縫最大寬度達(dá)到0.46mm。 在試驗(yàn)荷載達(dá)到1950kN時(shí)，試驗(yàn)梁變形繼續(xù)增大，肉眼可見(jiàn)，此時(shí)已無(wú)新裂縫出現(xiàn)，中支點(diǎn)處裂縫迅速增大，最寬裂縫達(dá)到0.75mm。 圖3.21 混凝土板試驗(yàn)梁總體變形及最大裂縫(3) N-3試驗(yàn)梁N-3試驗(yàn)梁為后結(jié)合預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁。在試驗(yàn)加載過(guò)程中，裂縫首先出現(xiàn)在中支座處砂漿孔的邊角處，隨著荷載的增加，各個(gè)砂漿孔的四角都開(kāi)始出現(xiàn)向外發(fā)散的裂縫。隨著荷載的增加，裂縫產(chǎn)生的區(qū)域不斷擴(kuò)大，且裂縫寬度也不斷增加，組合連續(xù)梁的跨中荷載位移曲線已經(jīng)表現(xiàn)出了明顯的非線性特征，預(yù)示著結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近或者到達(dá)了承載能力極限狀態(tài)。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.

27、22第一條裂縫發(fā)展情況試驗(yàn)梁在正式加載以后，當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到387kN時(shí)，中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)混凝土板出現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫條數(shù)共1根，最大裂縫寬度約為0.04mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.23 600kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.23所示，當(dāng)試驗(yàn)荷載增加到600kN時(shí)，混凝土板頂面已經(jīng)出現(xiàn)了4條橫向貫通裂縫，裂縫基本從中支點(diǎn)混凝土橋面板砂漿孔的四角向外沿伸，主要位于在距離中支點(diǎn)前后1倍梁高的范圍內(nèi)。在裂縫在某些局部區(qū)域出現(xiàn)了不對(duì)稱(chēng)，這主要和加載的精度及結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)精度有關(guān)，從總體上看，裂縫的分布基本對(duì)稱(chēng)。在這一荷載等級(jí)下，裂縫的最大寬度為0.07mm，裂縫為該荷載等級(jí)下新出現(xiàn)的，

28、位于中支點(diǎn)砂漿孔靠梁左側(cè)部位。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.24 900kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況當(dāng)試驗(yàn)荷載增加到900kN時(shí)，混凝土板頂面位于中支點(diǎn)附近的6個(gè)沙漿孔四角所展開(kāi)的裂縫均發(fā)展成為橫向貫通裂縫，主要裂縫區(qū)域逐漸擴(kuò)展到中支點(diǎn)左右兩倍梁高的范圍，如圖3.24所示。橫向有沙漿孔的混凝土板裂縫新增較多切原有裂縫發(fā)展為橫向貫通裂縫，同時(shí)在橫向無(wú)砂漿孔洞的區(qū)域內(nèi)也出現(xiàn)了裂縫。與之前兩根試驗(yàn)梁不同的是，裂縫寬度在整個(gè)有裂縫的范圍內(nèi)，各個(gè)位置的裂縫寬度差別不大，且裂縫的分布更為分散，此荷載階段裂縫的最大寬度為0.12mm。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.25 1200k

29、N時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.25所示，當(dāng)荷載等級(jí)為1200kN時(shí)，混凝土板的裂縫區(qū)域擴(kuò)大距離中支點(diǎn)左右第四個(gè)砂漿孔處，在中支點(diǎn)左右橫向無(wú)沙漿孔的混凝土板原有的短裂縫相互連接形成數(shù)條橫向貫通裂縫，并且在新增的裂縫區(qū)域新增了多條長(zhǎng)裂縫，這些長(zhǎng)裂縫有著明顯的互相連通形成貫通裂縫的趨勢(shì)，且位于中支點(diǎn)的貫通裂縫分叉出了多短裂縫。在這一荷載等級(jí)下，最大裂縫寬度為0.16mm，為中支點(diǎn)處的橫向貫通裂縫。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.26 1500kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況如圖3.26所示，當(dāng)荷載等級(jí)繼續(xù)增大到1500kN時(shí)，混凝土板裂縫范圍沒(méi)有繼續(xù)擴(kuò)大，但裂縫在原有區(qū)域內(nèi)更為密集。在中

30、支點(diǎn)裂縫區(qū)域，多條原有的貫通裂縫分叉出短裂縫，與其余裂縫相交，說(shuō)明混凝土有了較為明顯的破壞。此外，多條以前的短裂縫也迅速的連通形成了橫向貫通裂縫，從整個(gè)開(kāi)裂區(qū)域來(lái)看，橫向貫通裂縫已經(jīng)較為普遍，幾乎均勻地分布在整個(gè)裂縫區(qū)域之中。在這一荷載等級(jí)下，初始最大裂縫的裂縫寬度增大為0.22mm；其中出現(xiàn)0.2mm 寬度裂縫時(shí)，其荷載為1400kN，較N-2試驗(yàn)梁提高了近93%。 （a）裂縫分布圖 （b）裂縫最大寬度圖3.27 1800kN時(shí)混凝土板的裂縫發(fā)展情況當(dāng)試驗(yàn)荷載增大到1800kN時(shí)，如圖3.27所示，相比前一荷載等級(jí)下的混凝土裂縫，在中支點(diǎn)區(qū)域附近，除原有的裂縫延伸形成貫通裂縫以外，基本沒(méi)有新

31、增裂縫的出現(xiàn)；在裂縫區(qū)域的邊緣，雖然區(qū)域沒(méi)有擴(kuò)大但在裂縫的數(shù)量依然在增加，使得整個(gè)混凝土板的裂縫分布密集而又均勻。在這一荷載等級(jí)下，在遠(yuǎn)離中支座出新增了數(shù)條短裂縫，試驗(yàn)梁體變形開(kāi)始增大，說(shuō)明中支點(diǎn)處鋼梁開(kāi)始進(jìn)入屈服階段，中支座附近裂縫寬度也開(kāi)始迅速增加，最大裂縫的裂縫寬度增大為0.42mm。當(dāng)試驗(yàn)荷載增大到2000kN時(shí)，已無(wú)新增裂縫出現(xiàn)，試驗(yàn)梁跨中撓度進(jìn)一步增大，裂縫寬度也開(kāi)始繼續(xù)增大，最大裂縫寬度為0.49mm，位于中支點(diǎn)附近靠沙漿孔處。表3.7 混凝土板裂縫對(duì)照表（單位：mm）300kN600kN900kN1200kN1500kN1800kN最終裂縫N-10.210.270.310.59

32、1.372.01>3N-2-0.090.270.340.460.550.75N-3-0.070.120.160.220.420.49表3.7提供了在各個(gè)荷載階段，各試驗(yàn)梁混凝土板上緣所實(shí)測(cè)的最寬裂縫?？偙碇锌梢钥闯鯪-1試驗(yàn)梁裂縫出現(xiàn)最早，且隨著荷載的增加，其裂縫寬度增長(zhǎng)速度遇大于其余兩根試驗(yàn)梁；相對(duì)于N-3梁，N-2梁在600kN荷載作用下裂縫寬度略大于N-3梁，但隨著荷載的增加，N-2梁的裂縫增長(zhǎng)速度明顯大于N-3梁，在900kN1500kN這一階段N-2梁的裂縫最大寬度均超過(guò)了N-3梁裂縫最大寬度的2倍，可見(jiàn)N-3梁的預(yù)應(yīng)力施加效果明顯好于N-2梁；當(dāng)荷載達(dá)到1500kN之后，N-

33、3梁的裂縫開(kāi)始迅速增大，但仍然明顯小于N-2梁，其最終破壞裂縫為0.49mm，小于N-2梁的0.75mm。表3.8 出現(xiàn)0.2mm裂縫時(shí)各試驗(yàn)梁荷載（kN）裂縫寬度N-1N-2N-30.2mm2607801400表3.8為試驗(yàn)梁最大裂縫寬度達(dá)到0.2mm限值時(shí)，各試驗(yàn)梁對(duì)應(yīng)的荷載值，可以明顯的看出N-3梁的荷載值遠(yuǎn)大于N-1梁和N-2梁。從表3.7與表3.8可以看出，從N-1試驗(yàn)梁到N-3試驗(yàn)梁，同一荷載等級(jí)下裂縫的寬度呈遞減趨勢(shì)。在當(dāng)荷載小于1500kN時(shí)，N-3試驗(yàn)梁的最大裂縫寬度遠(yuǎn)小于N-1梁與N-2梁，最終破壞裂縫寬度也明顯小于其余兩根試驗(yàn)梁；同時(shí)，當(dāng)混凝土板中最大裂縫達(dá)到限值0.2m

34、m時(shí)，N-3試驗(yàn)梁的荷載分別比N-1和N-2試驗(yàn)梁提高了438%和93%，說(shuō)明后結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合梁在承載時(shí)混凝土板的受力比無(wú)預(yù)應(yīng)力組合梁以及先結(jié)合組合梁更為優(yōu)越。3.3試驗(yàn)梁荷載與應(yīng)變關(guān)系(1) N-1試驗(yàn)梁圖3.28圖3.30分別為N-1試驗(yàn)梁中支點(diǎn)、距離中支點(diǎn)一倍梁高截面以及距中支點(diǎn)1/4跨截面的鋼梁與混凝土板應(yīng)變。從圖中可以看出，在荷載達(dá)到1500kN時(shí)，中支點(diǎn)的上翼緣與底板開(kāi)始屈服，同時(shí)腹板上下邊緣部分也開(kāi)始屈服。同時(shí)，腹板中心的應(yīng)變數(shù)值正，說(shuō)明在加載的過(guò)程中截面的中性軸一直位于腹板中心線下方。由于在采集系統(tǒng)臨時(shí)出現(xiàn)故障，故混凝土板中的荷載應(yīng)變數(shù)據(jù)沒(méi)有有效采集。（a）頂?shù)装鍛?yīng)變（b）腹板應(yīng)變圖 3.28 中支點(diǎn)截面鋼梁應(yīng)變（a）頂?shù)装鍛?yīng)變（b）腹板應(yīng)變圖3.29 一倍梁高截面鋼梁應(yīng)變（a）頂?shù)装鍛?yīng)變（b）腹板應(yīng)變圖3.30 距中支點(diǎn)1/4跨截面鋼梁應(yīng)變(2) N-2試驗(yàn)梁圖3.31圖3.33分別為試驗(yàn)梁中支點(diǎn)、距離中支點(diǎn)一倍梁高截面以及距中支點(diǎn)1/4跨截面的鋼梁與混凝土板應(yīng)變。從圖中可以看出，在荷載達(dá)到1800kN時(shí)，中支點(diǎn)的上翼緣與底板開(kāi)始屈服，同時(shí)腹板上下邊緣部分也開(kāi)始屈服，說(shuō)明混凝土板中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線使試驗(yàn)梁截面模量增加明顯。同時(shí)，腹板中心的應(yīng)變數(shù)值隨著荷載的增加，腹板中心處的