宁波机场快速路南延工程是宁波市中心城区快速路网的重要组成部分,主线高架采用“公轨合建”设计方案,上部为城市快速路,下部为城市轨道交通。为了降低设计标高,城市轨道交通采用U型梁这一新的结构形式。U型梁具有环境友好、经济美观、安全高效等优点,但作为典型的开口薄壁构件,也存在着横向抗弯刚度小、抗裂性能差等问题,限制了其更大范围的推广和使用。此次预应力混凝土(PC)U型梁设计最大跨径为35m,为目前国内设计采用的最大跨径,为解决薄壁构件带来的问题,预应力拟采用先张+后张相结合的工艺形式,新设计和新工艺的使用使得本工程的U型梁受力性能更为复杂,同时对设计水平和施工水平也提出了更高的要求。因此为了保证U型梁成型质量,检验新设计和新工艺的实施效果,研究和明确U型梁开裂荷载及开裂状态,本文主要开展了如下工作:(1)为掌握和了解U型梁受力特性,参照设计荷载和规范值开展前期理论分析。分别通过杆系模型和三维实体模型分析了35m U型梁在各类荷载作用下的内力、位移和应力等情况。并通过计算结果对比,验证了理论模型的准确性。(2)基于前期计算分析结果和静力等效原则,在确保预制构件跨中弯矩与正常运营荷载引起的跨中弯矩相等的前提下,对比了不同加载方式的拟合效果,综合确定了开裂荷载试验的加载点数量、加载点间距及加载点位置。并通过计算明确了U型梁在加载点荷载作用下梁体的开裂荷载值。(3)针对荷载试验无配套加载装置,为实现足尺U型梁加载至开裂状态,研发了满足试验安全和功能要求的配套“地锚式”加载试验装置,并成功进行了场地内U型梁开裂试验。(4)在U型梁批量生产前,针对首片梁,在场地内开展35m U型梁足尺开裂荷载试验,重点跟踪测试了梁体的位移情况和应力反应,确定了开裂荷载以及裂缝分布情况、裂缝扩展情况。(5)根据现场实测的混凝土材料参数及有效预应力值替换原模型中的规范值,进行参数修正和深化分析。对比实测情况、规范值模型与修正后的模型计算结果,修正后的模型计算结果与实测情况更为接近。综合修正后的模型和实测结果,梁体的强度、刚度和抗裂性能满足设计要求,后续U型梁可以按照试验梁标准进行批量预制。(6)基于修正后的计算模型,分析得到了梁体的开裂破坏荷载以及裂缝发展规律。在开裂破坏荷载作用下,梁底板受拉损伤由线条逐渐累积为片状,损伤线条逐渐变多,并逐渐相交汇通,且多为横向损伤裂缝。