东方高架组合梁负弯矩区受力性能 试验研究.doc

东方高架组合梁负弯矩区受力性能
试验研究
ThestressperformanceanalysisofnegativemomentregionofEasternElevatedHighwaysteel-concretecompositebeam
顾静忠1倪文婷1苏庆田2
（1苏通科技产业园规建局2同济大学桥梁工程系）

[摘要]：本文通过对三根后结合预应力试验梁的试验实例，分析了在荷载施加的各个阶段，后结合预应力组合梁与其余两种试验梁的差异，研究了混凝土板裂缝随荷载增加的发展规律、钢梁与混凝土板各个测点上的应力分布规律、试验梁的跨中挠度随荷载变化的规律以及试验梁的最终破坏形态。
[关键词]：高架桥梁组合梁试验研究
概述
钢-混凝土组合结构桥梁充分利用钢材和混凝土各自的材料性能，通过剪力连接件将二者结合起来共同受力，相对于混凝土梁具有结构自重轻、构件截面尺寸小、承载力高、抗震性能好、施工速度快等优点，相对于钢梁具有刚度大、整体稳定性能好等优点。目前组合结构已成为继混凝土结构和钢结构之后的一种新型结构体系。
东方大道快速化改造工程主线高架桥南起沿江公路，北至通沪大道，主线高架终点，主线高架全长约12.8公里，同时，全线共设置10对平行式上下匝道和一对定向匝道（星湖大道处E8和E9），桥梁总面积约38.628万m2，建安总造价约20亿元。
E8，E9匝道为37+45+37m钢-混凝土组合梁，桥面全宽9.055～9.4m。设计基准期：100年，桥梁安全等级：一级，桥梁标准横断面采用流线型，钢梁采用Q345qD钢材，桥面板采用现浇C50混凝土，混凝土桥面板与钢梁之间通过布置于钢梁顶板的圆头焊钉剪力钉连接，剪力钉直径22mm，高度为200mm。
组合梁负弯矩区受力性能的试验方案
后结合预应力组合梁作为一种新型的组合梁结构，目前对其的研究资料极少，后结合预应力对组合连续梁的整体受力性能、钢梁的受力、混凝土裂缝、组合梁的极限承载能力的影响都需要进行分析研究。为了更深入更准确的了解后结合预应力组合梁的受力特性，本试验制作了一根后结合预应力试验梁（N-3）以研究此类组合连续梁的整体受力性能、钢梁的受力、梁跨中挠度及破坏模态等。同时，本试验还分别制作了一根非预应力组合试验梁（N-1）和一根常规先结合预应力试验梁（N-2），用以观察、对比和分析在荷载施加的各个阶段，后结合预应力组合梁与其余两种试验梁的差异，主要包括其混凝土板裂缝随荷载增加的发展规律、钢梁与混凝土板各个测点上的应力分布规律、试验梁的跨中挠度随荷载变化的规律以及试验梁的最终破坏形态。通过对比以上试验现象以及相关数据，分析后结合预应力组合梁在受力上的特点。
试验梁设计方案
组合梁负弯矩区受力性能试验梁包括：非预应力组合试验梁（N-1）、常规预应力组合试验梁（N-2）以及群钉后结合预应力组合试验梁（N-3）。通过对比各试验梁在预应力张拉以及承载力试验过程中混凝土板与钢梁的应力、变形以及裂缝的发展情况等，分析后结合预应力组合梁在整体受力上的特点，尤其是后结合预应力组合梁混凝土板的受力特性。
图1.1试验梁总体布置图

图1.2N-1与N-2试验梁断面图

图1.3N-3试验梁断面图
试验梁总体布置图如图1.1所示，试验梁钢梁部分顶板厚6mm，腹板厚8mm，底板厚10mm，混凝土板厚100mm，板宽1400mm。除剪力连接键布置形式不同之外，三根试验梁其余几何尺寸一致。

图1.4剪力钉布置图
图1.4分别列出了均匀布置剪力钉与群钉剪力钉布置图，其中N-1和N-2试验梁采用单钉布置，剪力钉纵向间距为120mm，分布于钢梁翼缘上，同一截面每侧翼缘布置2根剪力钉，横向间距为80mm；N-3试验梁为剪力钉为群钉形式，群钉采用3×3的布置形式，其纵横向间距均为60mm，群钉簇之间的间距为60mm。剪力钉采用ML15型剪力钉。
图1.5均匀布置剪力钉图1.6群钉剪力钉N-1试验梁为无预应力组合梁，纵向钢筋直径为8mm，箍筋直径为6mm，其混凝土板配筋图如图所示：

图1.7N-1试验梁混凝土板配筋图
N-2与N-3试验梁为预应力试验梁，其混凝土板配筋图以及预应力钢束布置图如下图所示。其纵向钢筋直径为8mm，箍筋直径为6mm，预应力钢束采用φ15.24钢绞线。

图1.8N-2与N-3试验梁配筋图与钢束布置图
在浇筑混凝土的过程中，N-3试验梁预留群钉后浇沙浆孔，待预应力张拉完成后浇筑砂浆，以实现钢梁与混凝土的结合。

图1.9N-3试验梁群钉预留孔
2.2试验内容
组合梁模型试验梁测试内容主要包括试验荷载、混凝土桥面板裂缝开展及其宽度、全梁挠度变形以及钢梁底板、钢梁腹板、钢梁上翼缘、混凝土桥面板的应力状态。图为本次试验的加载示意图。

图1.10组合梁位移计布置（cm）
图1.11为组合试验梁位移计