变截面波形钢腹板-UHPC组合箱梁剪应力试验

摘要

为进一步减轻大跨径变截面桥梁结构自重,增加结构跨越能力并增强结构抗裂性能,提出了变截面波形钢腹板(Corrugated Steel Webs,CSW)-UHPC组合箱梁结构新理念,该结构截面尺寸更小、自重更轻,其结构剪力分布、截面剪应力分布与常规组合结构区别较大,需深入研究。以变截面CSW-UHPC组合箱梁为研究对象,取变截面微段进行受力分析,结合剪应力互等定理,推导了系统完善的腹板剪应力计算公式,并基于工程需要,提出了一种简化计算方法。继而,设计了一片大比例变截面CSW-UHPC模型梁,模拟大跨径组合梁桥施工过程中典型的受力状态,完成了不同边界条件、不同加载位置、不同加载类型及微裂缝状态共计6种工况下的静力加载试验,获得了各截面剪应力分布及沿跨度方向承剪比变化规律,并结合空间实体有限元模型对计算理论进行全面的验证。结果表明:各工况下腹板实测剪应力值与所提公式理论值、有限元结果吻合良好,证明了所提公式的正确性;组合箱梁倾斜底板参与了截面抗剪而不可忽略,体现出明显的变截面效应;特别是最大悬臂工况下其模型梁根部位置附近承剪比仅为2%~6%,剪力大部分由倾斜底板来承担,实测和理论剪应力大小为0.6~1.5 MPa,而传统公式计算值为22~24 MPa,偏差较大,说明传统等截面的剪应力计算公式已不再适用,该结构变截面效应尤为明显;钢腹板承剪情况受弯矩、剪力、轴力共同影响,弯矩、轴力的方向对腹板上剪力可能造成有利或不利的影响。