CN111024480A - 一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法
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；
预应力螺纹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腹板内，且位于凸字形截面中心偏上的位置；预应力螺纹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；
第一混凝土预制段的外端部固定于固定铰支座上，第二混凝土预制段的外端部固定于滑动铰支座上。
进一步地，预应力螺纹钢筋的位置根据截面的中性轴位置确定。
进一步地，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离；
当截面中性轴位于腹板-翼缘板分界线时：
Figure BDA0002352402150000031
Figure BDA0002352402150000032
σmin＝-nσmax (3)
则需在模型两端施加一个到中性轴距离为m的偏心压力F，从而得到截面最大压应力与最大拉应力之比
Figure BDA0002352402150000033
Figure BDA0002352402150000034
Figure BDA0002352402150000035
其中，I1是截面的中性轴位于腹板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；
将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照参考式(1)～式(4)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(1)代入式(4)求解m，得到预应力螺纹钢筋的位置，最后通过式(5)和式(6)得到具体的预应力筋张拉力值F。
进一步地，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离，t为中性轴到腹板-翼缘板交界面的截面垂直距离；
当截面的中性轴位于腹板内时：
Figure BDA0002352402150000041
Figure BDA0002352402150000042
σmin＝-nσmax (10)
Figure BDA0002352402150000043
Figure BDA0002352402150000044
Figure BDA0002352402150000045
其中，I2是截面的中性轴位于腹板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；
结合实际工程中的施工阶段湿接缝截面最大拉压应力值，按照式(7)～式(11)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(7)代入式(11)得到预应力张拉位置m，最后通过式(12)和式(13)得到具体的预应力筋张拉力值。
进一步地，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离，t为中性轴到腹板-翼缘板交界面的截面垂直距离；
当截面中性轴位于翼缘板内时：
Figure BDA0002352402150000051
Figure BDA0002352402150000052
σmin＝-nσmax (17)
Figure BDA0002352402150000053
Figure BDA0002352402150000054
Figure BDA0002352402150000055
其中，I3是截面的中性轴位于翼缘板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋(10)在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；
将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照式(14)～式(18)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(14)代入式(18)得到预应力张拉位置m，最后通过式(19)和式(20)得到具体的预应力筋张拉力值F。
按照本发明的另一方面，提供了一种模拟混凝土应力状态的模型，将前述任意一项所述的模型中的第一混凝土预制段、第二混凝土预制段、UHPC湿接缝段替换为一个整体的混凝土预制段。
按照本发明的另一方面，提供了一种模拟混凝土应力状态的试验方法，采用如前任意一项所述的模型进行应力状态模拟试验。
进一步地，包括如下步骤：
步骤一：根据第一混凝土预制段、第二混凝土预制段的设计尺寸架立模板并布置纵向钢筋及预应力管道，第一混凝土预制段、第二混凝土预制段之间预留湿接缝UHPC的空隙；
步骤二：浇筑根据第一混凝土预制段、第二混凝土预制段并充分振捣，然后养护成型；
步骤三：将根据第一混凝土预制段、第二混凝土预制段的接缝界面进行凿毛，然后使用早强UHPC混凝土浇筑UHPC湿接缝段并振捣；
步骤四：待UHPC湿接缝段养护成型后拆模，然后将模型两端分别放置于固定铰支座和滑动铰支座上；
步骤五：将预应力螺纹钢筋穿过预留的预应力管道，其中一端作为固定端锚固，另一端作为张拉端进行张拉，张拉到指定荷载时再进行锚固，然后在预留的预应力管道内灌浆；
步骤六：在模型表面靠近湿接缝界面的预设位置粘贴混凝土应变片并布置位移计，然后按照预定时间对模型的应变和挠度进行持续采集。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明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。在具体的试验过程中，可以通过张拉预应力后若干天的持续观测与数据采集实现模型湿接缝刚度、强度及受力机理的研究。
(2)本发明给出了三种中性轴位置下，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的具体设计方式，使得本发明的模型及试验方法更容易应对不同场景的试验需求，同样可用于除湿接缝外的一般混凝土结构部位拉压应力状态的模拟。
附图说明
图1是本发明提出的一种模拟预制拼装桥梁施工阶段混凝土应力状态结构模型的正视透视示意图。
图2是图1中A-A向剖视示意图。
图3是图1中B-B向剖视示意图。
图4是图1中C-C向剖视示意图。
图5是螺母锚具示意图；
图6是截面中性轴位于腹板-翼缘板分界线的示意图；
图7是截面中性轴位于腹板内的示意图；
图8是本发明第一实施方式的模型截面示意图；
图9是本发明第二实施方式的模型截面示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-普通混凝土预制段，2-普通混凝土预制段，3-UHPC湿接缝段，4-螺丝端杆，5-螺母，6-垫板，7-固定铰支座，8-滑动铰支座，9-纵向钢筋，10-预应力螺纹钢筋。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种预应力混凝土梁结构，包括普通混凝土预制段1、2和UHPC湿接缝段3，模型沿轴线方向张拉一根预应力螺纹钢筋10，预应力螺纹钢筋10两端锚具包括螺丝端杆4、螺母5、垫板6，模型两端支座分别为固定铰支座7和滑动铰支座8。模型截面为“凸”型，预应力螺纹钢筋10布置位置位于截面中部偏上，通过调整模型截面的尺寸以及预应力螺纹钢筋布置的位置可以达到精准控制模型梁全截面应力分布的目的，从而使得模型梁顶底缘的应力状态可以较为准确地模拟预制拼装桥梁结构施工阶段湿接缝应力状态。模型梁底部翼缘处布置有5根纵向钢筋9，纵向钢筋端部设置有锚固头。
根据《混凝土结构设计规范GB 50010-2010》10.1.3的规定，预应力混凝土结构构件中所用到的预应力螺纹钢筋的张拉控制应力应满足以下条件：
σcon≤0.85fpyk
其中σcon为预应力螺纹钢筋的张拉控制应力，fpyk为预应力螺纹钢筋屈服强度标准值。预应力螺纹钢筋的规格及屈服强度标准值按《混凝土结构设计规范GB 50010-2010》表4.2.2-2取用。
根据《预应力混凝土结构设计规范JGJ 369-2016》3.3的规定，预应力螺纹钢筋的张拉端和固定端均选用螺母锚具。螺母锚具示意图如图5所示。
模型首先制作两侧预制段1、2，养护28天后浇筑两预制段之间的湿接缝3，待湿接缝达到设计强度后拆模并张拉预应力，持荷28天，期间持续监测模型挠度与应变的变化。
根据《混凝土结构设计规范GB50010-2010》10.1.6的规定，对一种模拟预制拼装桥梁施工阶段混凝土应力状态的模型截面进行设计(假设截面应变分布符合平截面假定)：
如图6所示，截面下部宽度较宽的部分为翼缘板，翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，截面上部宽度较窄的部分为腹板，腹板厚度为b2，腹板高度为h2。图6中虚线表示中性轴，黑色圆点表示预应力螺纹钢筋的位置。模型截面最大拉应力σmax，最大压应力σmin，设预制拼装桥梁施工阶段湿接缝界面最大压应力为最大拉应力的n倍，一般情况下n取10。
截面中性轴可能位于3种位置：①腹板-翼缘板分界线上；②翼缘板内；③腹板内。下面分情况讨论：
①当截面中性轴位于腹板-翼缘板分界线时(见图6，其中b1为翼缘板宽度，h1为翼缘板厚度，b2为腹板厚度，h2为腹板高度，m为预应力螺纹钢筋到中性轴的截面垂直距离)。
截面相对中性轴的惯性矩为
Figure BDA0002352402150000091
根据面积矩到中性轴的关系有
Figure BDA0002352402150000092
为了使腹板顶缘压应力的值达到翼缘板底缘拉应力值的n倍，即
σmin＝-nσmax (3)
则需在模型两端施加一个到中性轴距离为m的偏心压力F，从而得到截面最大压应力与最大拉应力之比
Figure BDA0002352402150000093
其中，最大压应力
Figure BDA0002352402150000094
最大拉应力
Figure BDA0002352402150000101
结合实际工程中的施工阶段湿接缝截面最大拉压应力值，参考式(1)、式(2)、式(3)、式(4)选取合适的截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(1)代入式(4)得到预应力张拉位置m，最后通过式(5)和式(6)得到具体的预应力螺纹钢筋张拉力值。
②当截面中性轴位于腹板内时(见图7，其中b1为翼缘板宽度，h1为翼缘板厚度，b2为腹板厚度，h2为腹板高度，m为预应力螺纹钢筋到中性轴的截面垂直距离，t为中性轴到腹板-翼缘板交界面的截面垂直距离)
截面相对中性轴的惯性矩为
Figure BDA0002352402150000102
根据面积矩到中性轴的关系有
Figure BDA0002352402150000103
化简得
Figure BDA0002352402150000104
为了使腹板顶缘压应力的值达到翼缘板底缘拉应力值的n倍，即
σmin＝-nσmax (10)
则需在模型两端施加一个到中性轴距离为m的偏心压力F，从而得到截面最大压应力与最大拉应力之比
Figure BDA0002352402150000105
其中，最大压应力
Figure BDA0002352402150000111
最大拉应力
Figure BDA0002352402150000112
结合实际工程中的施工阶段湿接缝截面最大拉压应力值，参考式(7)、式(8)、式(9)、式(10)、式(11)选取合适的截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(7)代入式(11)得到预应力张拉位置m，最后通过式(12)和式(13)得到具体的预应力螺纹钢筋张拉力值。
③当截面中性轴位于翼缘板内时，截面相对中性轴的惯性矩为：
Figure BDA0002352402150000113
根据面积矩到中性轴的关系有
Figure BDA0002352402150000114
化简得
Figure BDA0002352402150000115
为了使腹板顶缘压应力的值达到翼缘板底缘拉应力值的n倍，即
σmin＝-nσmax (17)
则需在模型两端施加一个到中性轴距离为m的偏心压力F，从而得到截面最大压应力与最大拉应力之比
Figure BDA0002352402150000116
其中，最大压应力
Figure BDA0002352402150000121
最大拉应力
Figure BDA0002352402150000122
结合实际工程中的施工阶段湿接缝截面最大拉压应力值，参考式(14)、式(15)、式(16)、式(17)、式(18)选取合适的截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(14)代入式(18)得到预应力张拉位置m，最后通过式(19)和式(20)得到具体的预应力螺纹钢筋张拉力值。
图8和图9分别显示了按照本发明的一种模拟预制拼装桥梁施工阶段应力状态的混凝土结构模型的第一实施方式和第二实施方式的截面图。
如图8中所示，按照本发明第一实施方式的结构模型由普通混凝土预制段1和2、UHPC湿接缝段3、螺丝端杆4、螺母5、垫板6、固定铰支座7、滑动铰支座8、纵向钢筋9、预应力螺纹钢筋10组成。
对模型截面进行设计，取截面腹板厚度为100mm，腹板高度为200mm，翼缘板厚度为100mm，翼缘板宽度为400mm，预制段1、2采用C50混凝土，湿接缝段3采用早强UHPC，螺丝端杆4采用45#钢，螺母5、垫板6采用Q235钢，纵向普通钢筋9采用HRB335，规格为
Figure BDA0002352402150000123
屈服强度标准值为335MPa，预应力螺纹钢筋10规格为
Figure BDA0002352402150000124
屈服强度标准值930MPa。假设实际结构中截面最大压应力15MPa，最大拉应力1.5MPa，计算得所需预应力螺纹钢筋张拉力为240kN，预应力螺纹钢筋距离截面中性轴91.67mm。根据上面所述的有关公式计算得到截面面积为60000mm2，截面相对中性轴的惯性矩为4×108mm4，由此可以通过式(5)和式(6)计算得σmin＝-15MPa，σmax＝1.5MPa。
具体实施步骤如下：
步骤一：根据结构模型预制段1、2的具体尺寸架立模板并在相应位置布置纵向钢筋9及预应力管道，两预制段模板中留下15cm宽的空隙；
步骤二：使用C50混凝土浇筑预制段1、2并充分振捣，养护28天；
步骤三：将预制段1、2界面进行凿毛，使用早强UHPC混凝土浇筑湿接缝3并小心振捣；
步骤四：待湿接缝UHPC养护1天后进行拆模，将模型两端分别放置于固定铰支座7和滑动铰支座8上；
步骤五：将预应力螺纹钢筋穿过预留的预应力管道，固定端用螺丝端杆4、螺母5、垫板6进行锚固，张拉端使用千斤顶进行张拉，张拉到指定荷载时同样用螺丝端杆4、螺母5、垫板6进行锚固，最后进行孔道灌浆；
步骤六：在模型表面靠近湿接缝界面的位置粘贴混凝土应变片并在合适的位置布置位移计，预应力螺纹钢筋从湿接缝UHPC龄期1天持荷到28天的过程中对模型的应变和挠度等参数进行持续采集。
步骤七：卸载预应力螺纹钢筋，拆除实验装置，实验结束。
如图9中所示，按照本发明第二实施方式的结构模型由普通混凝土预制段1和2、UHPC湿接缝段3、螺丝端杆4、螺母5、垫板6、固定铰支座7、滑动铰支座8、纵向钢筋9、预应力螺纹钢筋10组成。
对模型截面进行设计，取截面腹板厚度为200mm，腹板高度为300mm，翼缘板厚度为100mm，翼缘板宽度为300mm，预制段1、2采用C50混凝土，湿接缝段3采用早强UHPC，螺丝端杆4采用45#钢，螺母5、垫板6采用Q235钢，纵向普通钢筋9采用HRB335，规格为
Figure BDA0002352402150000131
屈服强度标准值为335MPa，预应力螺纹钢筋10规格为
Figure BDA0002352402150000132
屈服强度标准值785MPa。假设实际结构中截面最大压应力15MPa，最大拉应力1.5MPa，计算得所需预应力螺纹钢筋张拉力为545.63kN，预应力螺纹钢筋距离截面中性轴96.39mm。根据上面所述的有关公式计算得到截面面积为90000mm2，截面相对中性轴的惯性矩为1.275×109mm4，由此可以通过式(12)和式(13)计算得σmin＝-15MPa，σmax＝1.5MPa。
当然，本发明的一种模拟预制拼装桥梁施工阶段混凝土应力状态的模型截面尺寸及模型长度还可以采用其他参数；且本发明中涉及的模型试验方法可用于除湿接缝外的一般混凝土结构部位拉压应力状态的模拟。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，包括第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)、UHPC湿接缝段(3)、预应力螺纹钢筋(10)、固定铰支座(7)、滑动铰支座(8)和纵向钢筋(9)；
UHPC湿接缝段(3)位于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)之间；第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)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(9)沿第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)的轴向布置于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)的翼缘板内，纵向钢筋(9)两端分别锚固于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)外端部，以将第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)连接；
预应力螺纹钢筋(10)沿第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)的轴向布置于腹板内，且位于凸字形截面中心偏上的位置；预应力螺纹钢筋(10)两端分别锚固于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)外端部；
第一混凝土预制段(1)的外端部固定于固定铰支座(7)上，第二混凝土预制段(2)的外端部固定于滑动铰支座(8)上。
2.如权利要求1所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，预应力螺纹钢筋(10)的位置根据截面的中性轴位置确定。
3.如权利要求2所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离；
当截面中性轴位于腹板-翼缘板分界线时：
Figure FDA0002352402140000021
Figure FDA0002352402140000022
σmin＝-nσmax (3)
则需在模型两端施加一个到中性轴距离为m的偏心压力F，从而得到截面最大压应力与最大拉应力之比；
Figure FDA0002352402140000023
Figure FDA0002352402140000024
Figure FDA0002352402140000025
其中，I1是截面的中性轴位于腹板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋(10)在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；
将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照式(1)～式(4)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(1)代入式(4)求解m，得到预应力螺纹钢筋(10)的位置，最后通过式(5)和式(6)得到具体的预应力筋张拉力值F。
4.如权利要求2所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离，t为中性轴到腹板-翼缘板交界面的截面垂直距离；
当截面的中性轴位于腹板内时：
Figure FDA0002352402140000031
Figure FDA0002352402140000032
σmin＝-nσmax (10)
Figure FDA0002352402140000033
Figure FDA0002352402140000034
Figure FDA0002352402140000035
其中，I2是截面的中性轴位于腹板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋(10)在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；
将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照式(7)～式(11)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(7)代入式(11)得到预应力张拉位置m，最后通过式(12)和式(13)得到具体的预应力筋张拉力值F。。
5.如权利要求2所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离，t为中性轴到腹板-翼缘板交界面的截面垂直距离；
当截面中性轴位于翼缘板内时：
Figure FDA0002352402140000041
Figure FDA0002352402140000042
σmin＝-nσmax (17)
Figure FDA0002352402140000043
Figure FDA0002352402140000044
Figure FDA0002352402140000045
其中，I3是截面的中性轴位于翼缘板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋(10)在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；
将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照式(14)～式(18)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(14)代入式(18)得到预应力张拉位置m，最后通过式(19)和式(20)得到具体的预应力筋张拉力值F。
6.一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，将权利要求1～5任意一项所述的模型中的第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)、UHPC湿接缝段(3)替换为一个整体的混凝土预制段。
7.一种模拟混凝土应力状态的试验方法，其特征在于，采用权利要求1～6任意一项所述的模型进行应力状态模拟试验。
8.如权利要求7所述的一种模拟混凝土应力状态的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：根据第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)的设计尺寸架立模板并布置纵向钢筋(9)及预应力管道，第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)之间预留湿接缝UHPC的空隙；
步骤二：浇筑根据第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)并充分振捣，然后养护成型；
步骤三：将根据第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)的接缝界面进行凿毛，然后使用早强UHPC混凝土浇筑UHPC湿接缝段(3)并振捣；
步骤四：待UHPC湿接缝段(3)养护成型后拆模，然后将模型两端分别放置于固定铰支座(7)和滑动铰支座(8)上；
步骤五：将预应力螺纹钢筋(9)穿过预留的预应力管道，其中一端作为固定端锚固，另一端作为张拉端进行张拉，张拉到指定荷载时再进行锚固，然后在预留的预应力管道内灌浆；
步骤六：在模型表面靠近湿接缝界面的预设位置粘贴混凝土应变片并布置位移计，然后按照预定时间对模型的应变和挠度进行持续采集。
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