[发明专利]一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法，属于混凝土结构模拟试验领域。该模型通过预应力螺纹钢筋的偏心布置产生偏心张拉预应力的方法使模型的湿接缝界面产生相应的应力分布，采用凸字形截面使得压应力更容易集中在腹板顶面，而拉应力更容易集中在翼缘板底面，从而能够利用小体积的模型产生大数值的拉压应力比，模拟各种大型桥梁、建筑的拉压应力状态。可以通过调整模型截面的尺寸、预应力张拉力及预应力螺纹钢筋相对于中性轴截面的位置可以精准控制模型截面应力分布的方式及应力大小，进而模拟实际预制拼装桥梁湿接缝施工阶段的拉压应力状态。可用于预制混凝土湿接缝刚度、强度及受力机理的研究。

技术领域

本发明属于混凝土结构模拟试验领域，更具体地，涉及一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法，可用于道路、铁路或桥梁建筑领域的预制混凝土应力状态试验，尤其适用于预制拼装桥梁接缝的应力状态模拟试验。

背景技术

近年来，预制拼装预应力混凝土桥梁在国内桥梁建设中得到了越来越广泛的使用。节段预制拼装预应力混凝土技术是指将桥梁沿纵向分成若干节段，各个节段预先在梁厂制作加工并养护一段时间，接着运输到桥梁建设现场进行拼装，节段间由接缝进行连接并张拉预应力使之连接紧密。美国节段式混凝土桥梁设计和施工指导规范将接缝分为A、B两类接缝。A类接缝主要包括湿接缝及胶接缝；B类接缝为干接缝。其中，湿接缝是在预制梁段间的孔隙中现浇混凝土形成的连接接缝，当现浇部分的混凝土达到预期强度后，便张拉预应力以实现梁段之间的连接，湿接缝可以在一定程度上调整预制节段制作时的误差，在调整桥梁线型方面也具有较明显的优势。

预制拼装桥梁采用悬臂拼装法进行施工，为了确保预制拼装桥梁分段悬拼施工的平衡与稳定，将0号块支座临时固结，1号梁段即墩柱两侧的第一个节段，一般与墩柱上的0号块以湿接缝相接，1号块是0号块两侧悬臂段的基准节段，是全跨安装质量的关键，应准确定位以确保其精度，故一般采用湿接缝连接。

在整个施工阶段该湿接缝的应力状态是不断变化的，对于其应力状态的模拟一般有足尺试验和缩尺试验的方法，其中足尺试验由于场地与经费的限制，通常会耗费许多的人力物力使得实验成本过大，一般情况下很少采用；缩尺试验考虑尺寸效应，利用相似关系进行等效，但这种方法在模型简化等问题上存在一定的局限性，如模拟模型材料性质和选取缩尺系数时受到了严格的限制，包括相似荷载、相似尺寸、相似边界、相似物理过程等相关参数，若上述参数选取不当则在预估原型反应时可能出现一定程度的失真，进而难以准确反映实际结构的力学特征。

因此，需要设计一种模型来模拟湿接缝与预制段粘结面的应力状态，从而确保预制拼装桥梁的整个施工阶段其湿接缝的极限状态不超过设计值。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法，其目的在于，通过预应力螺纹钢筋的偏心布置产生偏心张拉预应力，采用凸字形截面使得压应力更容易集中在腹板顶面，而拉应力更容易集中在翼缘板底面，从而能够利用小体积的模型产生大数值的拉压应力比，模拟各种大型桥梁、建筑的拉压应力状态，能用于湿接缝强度试验，并对预制拼装桥梁施工阶段湿接缝强度进行有效评价，由此解决现有试验模型容易失真，力学特征反应不准确的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模拟混凝土应力状态的模型，包括第一混凝土预制段、第二混凝土预制段、UHPC湿接缝段、预应力螺纹钢筋、固定铰支座、滑动铰支座和纵向钢筋；

UHPC湿接缝段位于第一混凝土预制段和第二混凝土预制段之间；第一混凝土预制段和第二混凝土预制段的截面相同，均为凸字形，截面下部宽度较宽的部分为翼缘板，截面上部宽度较窄的部分为腹板；多个纵向钢筋沿第一混凝土预制段和第二混凝土预制段的轴向布置于第一混凝土预制段和第二混凝土预制段的翼缘板内，纵向钢筋两端分别锚固于第一混凝土预制段和第二混凝土预制段外端部，以将第一混凝土预制段和第二混凝土预制段连接；