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工程结构27（2005）1652-1661
www.elsevier.com/locate/engstruct
无粘结预应力和干接头节段混凝土桥梁结构性能的有限元研究：简支桥梁
J. Turmo\1，G. Ramos\lowast;，AC Aparicio\
\ETS de Ingenieros de Caminos，卡斯蒂利亚 - 拉曼恰大学，Avda。 CamiloJoseacute;Cela s / n，13071雷阿尔城，西班牙
\加泰罗尼亚技术大学建筑工程系C / Jordi Girona 1-3，08034-Barcelona，Spain
2004年12月22日收到; 于2005年4月5日以修订形式收到; 于2005年4月5日接受
2005年7月1日在线提供
摘要
这项工作提出了有限元分析方法（FEM）的分段混凝土桥梁的行为，重点是在组合剪切和弯曲，服务和极限状态下的响应。 先前验证的有限元模型已被应用于模拟简单支撑桥梁的结构行为。 非线性和几何模型考虑了干接头的特定行为，混凝土的塑性以及偏应力下预应力筋的滑移。 一旦关节打开，这些结构的强化标准和耐受机制已经达到有趣和原始的结论。
copy;2005 Elsevier Ltd.保留所有权利。
关键词：分段桥; 蜂窝状接缝; 干接头; 外部预应力; 无粘结预应力
介绍
具有外部预应力和干接头的节段式混凝土桥梁与跨度跨度的施工过程有关，该过程被认为是该类型中最快的。 为了构建每个跨距，将混凝土段彼此相邻放置，悬挂在梁上或布置在可移动的脚手架中，并通过外部预应力进行组装。 通常，不需要在节段的接合面之间施加任何环氧树脂。 正是本研究的主题是用无树脂干接头研究外部预应力节段桥梁。 其更显着的特征是不存在通过关节的粘结强化，无论是主动还是被动。 构建的第一个应用示例是Long Key Bridge [1]。 最近的一个例子可以在曼谷找到[2].
\通讯作者。 电话： 34 93 401 7356; 传真： 34 93 401 1036。
电子邮件地址：jose.turmo@uclm.es （J. Turmo），gonzalo.ramos@upc.es （G. Ramos），angel.carlos.aparicio@upc.es （AC Aparicio）。
\电话： 34 926 295 423; 传真： 34 926 295 391。
0141-0296 / $ - 请参阅前端事宜copy;2005 Elsevier Ltd.保留所有权利。 DOI：10.1016 / j.engstruct.2005.04.011
对于可维修性限制状态，这些桥梁的设计考虑到不能达到减压的极限状态，最小压缩sigma;\
所有部分保持0.5MPa，并且接头保持关闭。 当超载增加到极限状态时，关节表面上开放（图。1），并且该结构迅速失去刚度并且达到相当大的偏转。 不存在被动钢筋穿过接头的事实导致弯矩由更加主动的钢筋或由钢筋中的更高的初始应力承载。
=
开放接缝处的剪切移动是一个更复杂的问题。 普遍接受的用于评估剪切键的无树脂干接头剪切强度的理论认为剪切应力通过两种定性和定量不同的机制传递到接头上。 第一种机制表示当两个平坦和压缩的表面试图相互滑动时产生的摩擦阻力; 该阻力与致动压缩成比例，并且相应的比例因子是摩擦系数mu;\。 第二种机制考虑了网的城堡剪切键的支撑作用
图1.光束测试。 在ULS打开关节。 a，弯曲破坏和b，剪切破坏。
(图。1）。 这些钥匙在接触时允许剪切转移，表现得像小的普通混凝土牛腿（钥匙的小尺寸不允许放置传统钢筋）。 按表面积划分的键的抗剪强度称为内聚力c。 如果存在压缩应力，那么这些键就会变成小的预应力混凝土牛腿，随着压缩应力的增加而增加极限剪切能力。 按照Foureacute;的术语[3]，相应的比例系数称为内部摩擦，mu;\。
一个引起研究人员争议的问题是在开放关节附近加强该部分。 一些作者认为，有必要提供钢筋来维持开放关节附近区域的剪切力[4,5]. 图。2 以图形方式勾勒出这种衣架加固的理由。
本文介绍了简支梁桥的有限元分析。 分析中使用的模型先前已经用六个实验剪切试验进行了验证[6]。 实验方案包括六个外部预应力混凝土梁，经受剪切破坏。 这些实验测试的最显着的结果是带有抗剪钢筋的梁在与没有抗剪钢筋的梁相同的载荷水平下失效。
FEM模型最重要的特点是它已经通过专门设计用于剪切失效的实验测试进行了校准。 其他作者提出了2D [7]和3D [8,9]这些桥梁剪切转移的有限元研究[7–9]。 然而，他们的模型要么没有校准，要么进行校准，其中引入了挠曲类型的失效。 就作者所知，这是第一次将这些特征的模型应用于研究这些结构在组合挠曲和剪切作用下的响应。 从模型的应用来看，关于这些结构的强化标准和抗力机制，一旦关节打开发生，就可以得出创新性的结论。
图2.开放接头和悬挂加强件附近的裂纹图案。
联合模型的描述
当使用它们的实际几何形状对键进行建模时，主要的问题是网格必须在关节的周围区域非常精细，以便重现真实的几何形状。 然后，在一个实际桥梁中，2-3米深度和40-50米跨度的分段，每2-4米的关节以及每个关节30-40个关键点，所需的数值容量可能很大。
为了避免这个问题并定义一个实际的计算模型，一个平面关节模型在[6]。 根据元素重现的几何形状，关节采用具有不同本构规律的界面元素建模。 根据Roberts和Breen给出的评估干接头抗剪承载力的公式（V\（方程1)) [10】; 这个公式后来被AASHTO采用[11]:
j
V\= A\· f\·（0.2048·sigma;\ 0.9961）
0.6·ASM·sigma;\（MPa） (1)
哪里
A\=故障平面上所有键的区域
表格1
在联合模型中使用的常量的值
FC1
=混凝土的特征抗压强度
轮缘 卷筒纸
sigma;\=接头平面处的平均压应力
|
kn |
50 000 MN / m\ |
50 000 MN / m\ |
|
kt |
50 000 MN / m\ |
50 000 MN / m\ |
|
tan phi; |
0.60 |
1.07 |
|
c |
0.0 |
4.54 |
|
tanphi; |
0.0 |
0.0 |
Asm
=故障平面平面的接触面积。
在平面连接模型中，界面单元的弹性特性由法向和切向刚度系数（k\和k\）控制。 这些关联关节（t\和t\）的法向和切向应力与关节面之间的正常和切向相对位移（，6.u\和6.u\）。 为了在解压缩之前模拟初始连通几何，将重要的惩罚值分配给k\和k\。 在弹性状态下，接头的法向和切向行为是解耦的。
屈服开始之后的应力状态由屈服面f（方程（2）），屈服后接头的行为受潜在屈服面g（方程（3)):
If = t t · tan phi; = 0 (2)n
2
t
Ig = t t tanphi;= 0 (3)n
2
t
其中tanphi;是摩擦系数，phi;是剪胀角。
将一个没有内聚力的库仑式摩擦定律分配给模拟上下翼缘接头的界面元素。 另一方面，具有内聚力的库仑型摩擦定律被分配给在腹板上的接口元件建模接头。 这些定律在数字和图形上定义于表1 和图3 和4， 分别。 在这些图中，从中获得可塑性的值对（t\，t\）被表示为phi;和c的函数。 AASHTO公式中的关键区域A\提供的强度与关键区域ASM之间的平滑区域的强度不同。 要建立一个简单而实用的模型，有必要混合这些公式并为整个网络分配一个平均本构关系。 在这
方式，凝聚力，c\和摩擦，mu;\，定义了
整个网络的平均行为，由方程式确定。
图3.塑性函数f，在非粘性库仑摩擦模型中。
图4.粘性库仑摩擦模型中的塑性函数f。
c1 c·A\A\ ASM
=
(4)
平面关节模型的应用
\mu;\·A\ mu;\·ASM\ (5)
2 A\ ASM
只有存在压缩时，本构规律才管理界面元素的行为。 如果没有发生这种情况，节点
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