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多维度视角下预应力混凝土连续梁弯曲性能研究——基于试验、模拟与理论的协同分析

一、引言

（一）研究背景与工程意义

在现代土木工程领域，预应力混凝土连续梁凭借其卓越的性能优势，成为桥梁与高层建筑等结构中的核心构件。在桥梁建设中，如著名的沙洋汉江桥，主桥采用八跨一联的变截面预应力混凝土连续梁桥，中跨达111m，其结构稳定，跨越能力强，有力地保障了交通的顺畅。在高层建筑中，预应力混凝土连续梁能够提供大空间、大跨度的建筑布局，满足现代建筑多样化的功能需求。

然而，随着工程实践的不断推进以及对结构性能要求的日益提高，预应力混凝土连续梁在设计与施工中仍面临诸多挑战。不同的施工方法，如悬臂施工、简支变连续施工等，会使结构在施工过程中产生复杂的内力重分布现象。以悬臂施工为例，施工过程中梁体的逐步延伸和体系转换，导致结构内力不断变化，其规律尚不明确。传统的设计方法主要基于经验和简化的力学模型，对预应力混凝土连续梁弯曲性能的精细化预测存在一定的局限性，难以准确把握结构在复杂受力状态下的力学行为。

深入研究预应力混凝土连续梁的弯曲性能具有极其重要的工程意义。精确掌握其弯曲性能，能够为工程设计提供更为准确的理论依据，优化结构设计，提高结构的安全性和可靠性。在桥梁设计中，合理的设计可以确保桥梁在长期使用过程中，承受车辆荷载、风荷载等各种作用时，结构性能稳定，延长使用寿命。在高层建筑中，优化设计可以提高建筑结构的抗震性能，保障人员和财产的安全。同时，通过对弯曲性能的研究，还能够促进施工技术的改进，提高施工效率，降低工程成本，推动土木工程领域的技术进步。

（二）国内外研究现状与技术缺口

国内外学者在预应力混凝土连续梁的研究方面取得了一系列成果。在材料本构关系研究上，众多学者致力于揭示混凝土和钢筋在复杂受力状态下的力学性能。一些研究通过试验和理论分析，建立了考虑混凝土非线性特性的本构模型，为结构分析提供了更准确的材料参数。在弹性阶段分析中，已经形成了较为成熟的理论和方法，能够对结构在弹性范围内的应力、应变分布进行有效的计算和预测。

现有研究仍存在诸多不足。对于预应力混凝土连续梁在非线性破坏过程的研究相对薄弱，尤其是在接近破坏阶段，混凝土的裂缝开展、钢筋的屈服以及结构的整体失稳等复杂现象，尚未形成系统、完善的理论体系。不同施工方法对预应力混凝土连续梁弯曲性能的影响研究不够深入和全面。例如，在弯矩重分布方面，虽然已经认识到预应力比率、配筋指标等参数对其有重要影响，但这些关键参数之间的量化关系尚未形成统一的理论。在实际工程中，由于缺乏明确的量化指导，工程师在设计和施工过程中难以准确把握结构的性能，制约了工程设计的优化和创新。因此，开展预应力混凝土连续梁弯曲性能的深入研究，填补这些技术缺口，具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、预应力混凝土连续梁弯曲性能试验研究

（一）试验设计与模型构建

本试验以高速公路中常用的中等跨径三跨连续梁为原型，展开深入研究。在材料选择上，采用C50混凝土，其具有较高的抗压强度和良好的耐久性，能够满足工程实际需求。预应力筋选用1860MPa钢绞线，这种钢绞线强度高、松弛小，能有效为梁体提供预应力。

设计了3组足尺模型，分别模拟一次落架、简支变连续、悬臂施工三种不同的施工工艺。一次落架模型施工时，搭设支架、安装模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土后一次卸落支架，其施工过程受力体系不发生改变。简支变连续模型先现浇或预制简支梁，在简支梁端部预留接缝位置，待梁达到强度、安装就位后，再浇筑接缝混凝土及张拉连接预应力筋，使其转换为连续梁，结构体系发生变化。悬臂施工模型在施工过程中，墩梁临时固结，主梁从墩顶向两边同时对称分段浇筑或拼装，直至合龙，合龙之前结构受力呈T构状态，属静定结构，梁的受力与悬臂梁相同，合龙后拆除临时固结，转换为连续体系。

在构建模型时，重点控制预应力筋的布置。根据不同的施工工艺和结构受力特点，精确确定预应力筋的位置、数量和张拉顺序，以确保预应力能够有效地施加到梁体中，提高梁体的抗裂性能和承载能力。同时，严格控制施工阶段的荷载传递路径，模拟实际工程中的施工过程，考虑施工过程中临时墩、临时拉索等临时结构的设置与拆除，以及上部结构和桥墩支承条件的变化对结构内力和位移的影响。

为全面监测梁体在试验过程中的力学性能，部署了混凝土应变片、钢筋测力计及挠度传感器。混凝土应变片粘贴在梁体关键部位的混凝土表面，用于测量混凝土在加载过程中的应变变化，从而了解混凝土的受力状态。钢筋测力计安装在钢筋上，实时监测钢筋的应力变化，掌握钢筋与混凝土之间的协同工作情况。挠度传感器布置在梁体跨中及其他关键位置，精确测量梁体在荷载作用下的挠度，分析梁体的变形规律。

加载方案采用分级单调加载至破坏。在加载过程中，按照一定的荷载增量逐级施加荷载，每级荷载施加