后张法桥梁横向应力的分布.doc

1、横压应力的分布后张混凝土桥面J.保罗史密斯帕尔多，M.ASCE1，胡里奥 A.拉米雷斯，M.ASCE2;和兰德尔波斯顿，F.ASCE3摘要：参数进行了研究，以了解影响压应力分布的突出问题横后张混凝土桥面。替代有限元建模技术和替代软件考虑和相应的分析结果进行了比较实验结果与以往调查。这是发现压应力的分布主要是由梁支撑条件和轴向刚度影响隔膜。DOI：10.1061/ ASCE1084-0702200611时01分64CE 数据库标题：有限元模型试验;上部结构应力分布，桥面，桥梁，混凝土研究意义在钢筋混凝土桥面耐久性问题是运输点部门的持续关注美国。钢筋锈蚀，被认为是最在混凝土桥面在美国恶化的重要来源

2、国。限制服务的负载低于强调开裂的水平应改善的长期性能的甲板。较早研究调查平均横向 posttensioning 的使用在混凝土中的钢筋腐蚀开始拖延在德克萨斯大学，奥斯汀，得克萨斯州进行甲板 almustafa1983;莫拉1983; 波斯顿1984; 国光 1984。从研究，设计规范，提出了使用作为一种机制来控制开裂横向 posttensioning 在甲板的纵向方向。规格刊登在了预制/预应力混凝土的特别报告研究所（ PCI） - 波斯顿等。 1989年建议修改现有的美国国家公路协会和运输官员 AASHTO 标准1983 规定然而，从设计规范的主要限制得克萨斯州的研究排斥作用的位置隔膜，效果和

3、支撑条件引起的横向应力的分布上梁从 posttensioning。此外，派生的规定基于有限元分析程序的结果元素的数量上的限制。在本文的建模问题横后张甲板上梁上层建筑采用有限元的有限元分析是至关重要解决替代技术比较的结果建议在对实验结果的文献。此外，在得克萨斯州的研究不考虑变量考虑和纳入一个广泛的参数研究其结果可用于指定一个横向的计划 posttensioning 裂缝控制在设计的甲板。1Engineer，伯杰/ ABAM 工程师，33301第九大道。南，联邦方式，西澳98003;以前，导师，土木工程学院300室工程，普渡大学西拉斐特，IN47906对应作者。电子邮箱：paul.smith 2P

4、rofessor，土木工程学院，普渡大学，西拉斐特，IN47906;原副组长;电子邮箱：拉米雷斯ecn.purdue.edu3Fellow，首席。惠特洛克达尔林普尔波斯顿;402 W.七街奥斯汀，TX78701。电子邮件：注意事项。直到2006年6月1日，公开讨论。单独讨论提交个人论文。延长截止日期一个月，必须提交书面请求，ASCE 的主编。本文手稿提交审查和可能出版于2003年11月11日， 2005年3月16日，批准。这纸是桥梁工程，卷杂志的一部分。 11日，1号，介绍要回答的根本问题是：如何是横向混凝土桥面顶面应力分布应用于一个统一的横向 posttensioning 的边缘。这也是可取

5、的确定参数的显着下降影响横向应力分布等，因为一些有识之士可以得到所需的幅度和应用 posttensioning 分布，以达到条件低或无拉应力在甲板下的叠加服务负载。甲板上梁上部结构建模建模甲板上梁上层建筑的可供选择的范围 Westergaard 从特殊情况下的封闭形式的解决方案1930年; Duberg 等。 1960年1999 年曹盛数值陈等人的解决方案。1957年，较为近期建模技术。而在两维二维有限元模型 Mabsout 等。 1999年代表元素甲板上， 梁，隔膜位于同一平面，立体的三维有限元模型比沙拉和Elmir 的1990 年，比沙拉等。 1993年; Mabsout 等。 1997年

6、陈和生1999年，这些因素都位于不同的平面，并通过刚性连接的连接。最臭名昭著的缺陷三维有限元模型的二维模型是偏心复合隔膜 posttensioning 鈥板部分没有派代表出席了会议。图 1。来自得克萨斯州的研究测试结构四个不同的三维有限元分析技术适合被发现在甲板上梁上层建筑的建模文学和描述如下：1。I 型梁和隔膜作为框架为蓝本元素牢固地连接到甲板上。甲板为蓝本壳单元。2。II 型：顶部和底部法兰和梁腹板框架元素作为蓝本。隔膜和甲板建模为壳元素。通过刚性连接元素链接。3。第三类：顶梁和法兰隔膜建模框架元素硬性连接到甲板上。腹板采用壳单元模拟梁和甲板。4。第四类：梁和隔膜建模与固体砖三个元素在每个

7、节点的翻译，甲板为蓝本，用壳单元。替代的有限元模型的评价实验结果为了评估每个造型另类的准确性尊重诱导应力计算的分布。边缘的横向posttensioning 甲板，测试样本来自得克萨斯州的研究莫拉1983; 国光1984;波斯顿等。 1989进行了审议。试样的几何特征如图。 1。应用横向posttensioning 的边缘约 4.1兆帕0.6 KSI 包括6.3毫米七的钢绞线筋250兆帕1750 KSI 行距在 140毫米， 549毫米宽的区域除外超过隔膜间距减半，因此，应用横向 posttensioning 是约8.2兆帕1.2 KSI。较高的横向超过隔膜施加的压力，为了克服等因素的制约作用，

8、从而获得更表面上的均匀分布的横向应力甲板上。肌腱是直的，他们合力假设与混凝土板的中心线同心。只有一个半甲板的跨度是横后张在得克萨斯标本。两个隔膜安排进行：第一，这将被称为所有的隔膜的情况下，包括室内和结束隔膜;第二，将被称为年底隔膜的情况下，包括年底隔膜。强调在实验方案被推断假设应变读数1983年混凝土 Almustafa 弹性常数模;国光1984。使用电脑程式 SAP2000代表使用二维和三维模型替代测试上层建筑类型 I 鈥捏。计算机程序 ANSYS5.7是用于造型另类 IV 型。分布计算横向应力，采用三维有限元建模 I 型，如图。 2甲板的一半轮廓线横后张。实验值表示在相同的顶面甲板上的讲

9、图点。实验和计算的比较讲表1总结了不同的有限元建模技术。之间的差异计算误差定义为与实测值除以在测量值给定的位置。正错误对应到高估实验值。计算平均误差对个别错误的绝对值。最大高估和低估也表1所示。最小的高估和低估几乎为零不到4的所有建模的替代品，因此不报告。表1中的值，这是没有在诱导横向估计的显着性差异使用时，强调任何的有限元建模评估替代品。在横向计算的平均误差顶面甲板上的讲是为 boththe 所有的隔膜和到底隔膜案件的12-16。结果表明，分析模型的高估实测值在某些地方，但低估其他地点。表1同时也表明，模拟的 posttensioning 偏心没有横向分布上有显着影响强调。图2。德州结构应力

10、计算和测量参数研究的一部分，进行了广泛的参数研究在普渡大学开展的研究项目。史密斯 - 帕尔多和拉米雷斯2002年。参数研究的基础结构，描绘图。 3，在得克萨斯州的原型是类似研究波斯顿等。 1989年。它包括甲板上梁上盖有23,200毫米76英尺的跨度和17,700毫米58英尺的甲板宽度。上层建筑有七梁，两个内部的隔膜，和两个外部隔膜。梁为 C 型标准得克萨斯州署公路和公共交通 FC35兆帕5 KSI在2,690毫米8.83英尺间隔。隔膜 FC35兆帕5 KSI 为254毫米宽508毫米的20英寸高，行距10英寸在24.3英尺7,400毫米和7,700 毫米25.3英尺。甲板 FC35兆帕5 K

11、SI 是210毫米8.25英寸厚。表1。在顶面横向应力计算误差来自得克萨斯州的标本实验结果相对的甲板errora2D3DI 型3DII 型3DIII 型3DIV 型a 所有膜片情况meanb1614 1414 12最大低估鈭鈭鈭38鈭鈭最大高估27 3032 3223B 端膜片情况平均1514 14 1413最大低估鈭鈭鈭鈭鈭最大高估31 3129 2928AERROR 计算应力测量的压力/应力测试100 。测量应力应变，阅读的弹性模量的甲板鈥檚混凝土。bMean 误差绝对值平均每个错误。每个支持加筋弹性梁两端的轴承垫。每个滚子轴承是仿照两个相互垂直的剪切弹簧代表刚度的橡胶垫。泉水之一是面向在

12、纵向的交通方向和在其他垂直方向的交通平行的隔膜。在两个弹簧之间的相互作用被忽略分析。橡胶支座 b305毫米12英寸瓦特508毫米20 英寸横截面和厚度 h102毫米4英寸。剪切模量假定为G1.2兆帕170磅。相应的剪切弹簧刚度计算 KS = GBW/ h 的1.8千牛/10毫米基普/。在每个方向。 “为 KS 的表达很容易得出假设，变形小剪只波斯顿 1984橡胶支座。用于三维 I 型有限元建模分析。这种建模技术的选择是任意的评估模型的替代品产生类似的结果。.横向应力进行了评价参数研究沿上甲板表面四种类型的行定义为如下图。 3：1。剥去1一：位于上甲板沿月底的顶面隔膜 ;2。剥去1二：位于甲板中

13、途的顶面结束隔膜和相邻的内隔板之间;3。剥去3 S3的：位于顶面甲板上沿内部隔膜是最接近甲板结束;图3。相应的结构参数研究4。地带4四至：位于顶面之间的甲板上接近年底的连续内隔板在甲板上。沿着一个特定的行，横向应力进行了计算每610毫米2英尺，因为这相当于在网格大小有限元模型。对于每一行，最低和平均应力进行了报道。最小的横向应力从设计的角度具有重大意义的是， ，因为其大小应足以防止纵向开裂甲板下服务加载。在讨论中如下，横向应力是指，面向垂直交通即方向，垂直方向大梁。轮廓引起的横向应力基本情况结构排在前面的横向应力分布如图为基础的情况下结构的甲板。 4等高线。由于对称性，只有四分之一的甲板所示。

14、从图。 4重要的是要注意的幅度甲板附近的压应力诱导显着小于在跨中附近的区域。虽然本文的空间限制，使其无法在考虑每宗个案的个别显示等高线图参数研究，应该提到的拓扑结构横向应力的分布是相似的显示图。在所有情况下，而程度的改变显着。膜片数的影响图所示的基本情况。 3，连续修改改变上层建筑内部隔板。在所有的分析，所有膜片沿均匀分布甲板上的跨度。图4。甲板上引起的横向应力图5。隔膜数量的影响图5所示的变化计算出的最低作为一个功能在不同的条平均横向应力的隔膜。由此可以看出，没有显着在横向应力分布与变化室内隔板数目。 2-4平均条最小应力是彼此相似。这表明，有诱导应力是均匀分布的地区的隔膜数量的两端，无论离

15、甲板。沿条的最小和平均应力不显着降低的隔膜数量增加。这表明，上述参数域研究中，每一个人的膜片抑制作用可以本地化？即，独立的抑制作用其他的隔膜。这是一个有关观察允许在不同的处方不同层次的 posttensioning设计用途的膜片地区。它也被观察到从图5，最低和平均顶部横向应力的甲板以上的结束隔膜地区？一？有显著在上述地区的相应应力小于内隔板？S3的。注意到，这可以解释：？1 ？梁支撑施加的制约作用更重要的甲板附近的两端; 和2？有效结束隔膜甲板支流的宽度小于内部的隔膜，从而由此产生的应用偏心载荷较高等在甲板上的压力吗？复合材料内部隔板。梁的边界条件的影响图所示的基本情况。3 ，修改通过改变在纵

16、向克制对位移和水平在每个梁的两端的横向方向。这种支持在每个梁的两端的条件模拟与滚筒两个相互垂直的弹簧弹性常数平等 KS 基本情况结构 KS1.8千牛/毫米。 “弹簧被再次面向平行和垂直的方向的交通。 KS 大值有关，因为他们近似积分弯桥的支持，条件。图6。梁为支撑条件的影响图7。隔膜的大小的影响作为 KS 函数的最小和平均应力不同的条状图所示。 6。可以看出，在梁两端固定性程度显着影响的引起的横向应力的分布，尤其是接近尾声在甲板上。梁内敛的支撑条件将定性相当于在年底的围追堵截隔膜在甲板上。这样一个相当于元素会吸引了显著部分应用的横向应力，从而将 reducethe 诱导在甲板上的压应力。这一点

17、很重要要注意从图。 6，最小和平均应力在不同的条约常数的值 KS20千牛顿 /毫米，因此，任何规模的氯丁橡胶垫 KS20千牛顿/ 毫米，具有相同的效果，然后减少20 千牛/ KS 万千牛顿/毫米，终于保持范围不断为KS10000千牛顿/毫米。钢筋混凝土防渗墙大小的影响图所示的基本情况。3 ，修改通过改变所有的隔膜和保持相同的横截面积宽高比的高度/宽度2.0。混凝土膜片为蓝本作为弹性梁元素，有一个年轻的弹性模量，EC27600兆帕4000 KSI。从有限元分析的结果总结图。 7。我们注意到，最低和平均应力剥去1 显着依赖于隔膜的大小。 “然而，抑制效果的隔膜，是相当少带2-4显着。这可以解释以下

18、两个相反的效果：1。由于膜片的横截面积增加内敛的效果增加和诱导压缩压力减小;2。由于膜片的高度增加，偏心适用于复合隔膜的横向负载断面顶端弯曲应力增加法兰高。类似程度的叠加效应1和2 必须负责相对较小的变化在诱导压力带2“的膈肌大小增加。对于地带1，另一方面，效果是显着高于2 的效果，因为结束支流的甲板面积膜片较小。位置完隔膜的影响在纵向的位置，通过改变基本情况修改关于交通方向的最终隔膜年底，在甲板上。基本情况的结构图。 3，特别是位于两端分别在305毫米年底隔膜在甲板上。图8。位置结束隔膜的影响图8总结了在不同的条最低和平均应力的分析 interms 结果。据观察，在年底地区的横向应力被放置在甲板上，因为这些元素的 S1增加远离甲板上的两端。这可以部分解释在考虑甲板复合隔膜。作为年底隔膜被放在离甲板其支流的边缘增加甲板面积等，由此产生的压缩力 应用单位应力。请注意，诱导横向应力在甲板上的其他地区基本保持不变到底隔膜的不同立场。总结和结论本研究的主要目的是探讨如何不同的几何参数和物理参数的影响横向压应力混凝土中的分布甲板下横向 posttensioning。实验结果从以往的研究被用来测试计算值替代建模技术和/或替代有限元方案。经过验证和一个方便的选择替代模技术，进行参数研究出来，以确定最相关的变量。一个基本案例结构的定义，