空心板橋預應力鋼絲繩網(wǎng)加固性能研究

邵 妍

(西安市市政設施管理局，陜西 西安 710016)

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空心板橋預應力鋼絲繩網(wǎng)加固性能研究

邵 妍

(西安市市政設施管理局，陜西 西安 710016)

通過分析預應力鋼絲繩張拉前后預應力空心板梁的應變數(shù)據(jù)，建立了空心板梁橋加固前后的計算模型，對比了加固前后計算模型的可靠性，并對加固前后的一孔空心板梁橋進行了汽—20級、公路—Ⅰ級荷載試驗，結(jié)合荷載試驗所得撓度和應變數(shù)據(jù)，得出高強鋼絲繩網(wǎng)加固后使空心板梁橋剛度和強度均有所提高，且有一定安全儲備，證明此加固技術的有效性。

高強鋼絲繩網(wǎng)，荷載試驗，應力，撓度

0 引言

橋梁結(jié)構在市政工程中具有一定的特殊性，其病害和缺陷的積累往往會突發(fā)性的引起巨大的生命財產(chǎn)損失。在已建成的城市橋梁中，較普遍存在一些病害和承載力不足的問題，越來越多的橋梁需要加固、維修或改造。預應力高強鋼絲繩網(wǎng)—聚合物砂漿技術是近年來在國內(nèi)逐步發(fā)展起來的新型結(jié)構加固技術，該技術可靠性好、構造簡單、施工方便，不但具有提高結(jié)構承載力和抗彎剛度的性能，還能對結(jié)構在外荷載作用下出現(xiàn)的裂縫起到一定的收縮作用，是一種適合當今城市橋梁加固需要的新工藝。

1 工程概況

某橋建于1983年，上部結(jié)構為25 m×17.4 m預應力混凝土簡支空心板，下部結(jié)構為雙柱墩，樁柱式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。單塊板截面尺寸為114 cm×80 cm，跨中截面主筋為10φ12，預應力為三束24φ5的鋼絲，橫向9塊板，設計荷載為汽—20級。為解決該橋出現(xiàn)承載力不足等問題，對其采用預應力高強鋼絲繩網(wǎng)—聚合物砂漿技術進行加固，使其承載能力等級提升至公路—Ⅰ級。

2 結(jié)構試驗分析

2.1 張拉試驗

為掌握預應力鋼絲繩對空心板梁的實際主動加固效果，選取該橋第24跨南側(cè)1，2，3塊板進行預應力鋼絲繩張拉試驗，對預應力高強鋼絲繩網(wǎng)張拉前后板梁跨中下緣的應變數(shù)據(jù)進行測定，并采用專業(yè)計算程序MIDAS CIVIL以梁格法對第24孔橋梁建立模型，按試驗張拉鋼絲繩的順序進行模擬計算。試驗時臨時封閉橋上有關車道交通。

每根預應力鋼束張拉控制力為8 000 N，每片梁共33根鋼束，分兩層張拉。在1號板底跨中貼好應變計，先張拉第一層16根鋼束，讀數(shù)穩(wěn)定后記錄1號板底應變值，再張拉第二層17根鋼束，再次記錄1號板底應變值。同理，在2號板底跨中貼好應變計，并對1號板底應變讀數(shù)歸零，張拉2號板第一層16根鋼束，讀數(shù)穩(wěn)定后記錄1號和2號板底應變值，再張拉第二層17根鋼束，記錄1號和2號板底應變值。3號板同上步驟，依次獲得張拉3號板第一層16根鋼束后的1號、2號和3號板底應變值，和再張拉第二層17根鋼束后的1號、2號和3號板底應變值。張拉順序及應變測點布置如圖1所示，試驗及理論計算結(jié)果比較如表1所示。

表1 各梁的試驗及理論計算結(jié)果比較

梁號狀態(tài)張拉力N實測應變值應力/MPa試驗值計算值誤差%張拉第一片梁第一層張拉完成127040-17-0.53-0.506.03第二層張拉完成134980-31-0.97-1.01-4.09張拉第二片梁第一層張拉完成127040-18-0.56-0.527.70第二層張拉完成134980——-1.03—張拉第三片梁第一層張拉完成127040-22-0.69-0.629.96第二層張拉完成134980-35-1.10-1.20-9.54注:“—”表示測值無效

結(jié)論：在第一層鋼筋均張拉結(jié)束后，1號、2號、3號梁底產(chǎn)生的壓應變分別為17 με,18 με和22 με，對應壓應力為0.53 MPa，0.56 MPa和0.69 MPa；在第二層鋼筋均張拉結(jié)束后，1號、3號梁底產(chǎn)生的壓應變?yōu)?1 με和35 με，對應壓應力為0.97 MPa和1.1 MPa。可見，張拉鋼絲繩后能有效的在梁受拉區(qū)建立預壓應力，起到主動加固的作用，并且預壓應力隨張拉鋼絲繩的增加而增大，實測值與建立模型后理論計算值誤差小于10%。

由于混凝土梁底施加了預應力，在梁的受拉區(qū)建立了預壓應力，梁底荷載作用下開裂必須要先抵消這部分預壓應力，故其開裂荷載能夠得到提高。開裂前外荷載作用下加固構件的內(nèi)力可以采用材料力學的方法進行分析。預應力鋼絲繩加固后混凝土梁的開裂彎矩由式(1)計算得到：

Mcr=(σpc+γftk)W0

(1)

其中，γ為混凝土構件截面抵抗矩塑性影響系數(shù)；ftk為混凝土抗拉強度；W0為換算截面下邊緣彈性抵抗矩；σpc為受拉區(qū)預應力大小，由式(2)計算得到：

(2)

其中，NP為預應力產(chǎn)生的合力；e為預應力合力的偏心矩；y為截面形心至下邊緣的距離；I0為換算截面慣性矩。

由相應理論得到預應力鋼絲繩加固前主梁跨中截面開裂彎矩為610.3 kN·m，預應力鋼絲繩加固后主梁跨中截面開裂彎矩為798.5 kN·m，比加固前提高了30.8%，可見預應力鋼絲繩加固對提高空心板梁的開裂彎矩效果顯著。

2.2 荷載試驗

對該空心板橋于2012年和2014年分別進行加固前后荷載試驗，測試該橋第22孔跨中截面最大正彎矩中、偏載工況時，在汽—20級荷載作用下的撓度和應變情況，跨中截面測點布置圖見圖2，撓度和應變對比見圖3～圖6，計算加固前后該橋第22孔在汽—20級及公路—Ⅰ級荷載作用下校驗系數(shù)變化。

主要測點的校驗系數(shù)按式(3)計算：

(3)

式中:So——試驗荷載作用下量測的彈性變位(或應變)值；S%——試驗荷載作用下的理論計算變位(或應變)值。

不同荷載作用下，撓度和應變校驗系數(shù)見表2。

表2 撓度和應變校驗系數(shù)對比表

結(jié)論如下：

1)由相應試驗實測值及理論計算得到：該橋第22孔在汽—20級荷載作用下，加固后撓度校驗系數(shù)和應變校驗系數(shù)比加固前有較大下降，說明加固后橋梁結(jié)構安全儲備比加固前大，結(jié)構更安全；結(jié)構在加固后公路—Ⅰ級荷載作用下，撓度校驗系數(shù)和應變校驗系數(shù)與加固后汽—20級荷載作用下?lián)隙刃ｒ炏禂?shù)和應變校驗系數(shù)相當，說明荷載等級為公路—Ⅰ級時，橋梁承載力滿足要求，并有一定安全儲備。

2)該橋第22孔在汽—20級荷載中載和偏載作用下，2014年加固后比2012年加固前實測撓度值和實測應變值均有所下降，撓度下降幅度約31.2%～38.6%，應變下降幅度約16.9%～37.1%，說明預應力鋼絲繩加固方法使結(jié)構剛度和強度有顯著提高。

3 結(jié)語

1)通過對預應力鋼絲繩張拉前后預應力空心板梁應變數(shù)據(jù)的分析，證明張拉鋼絲繩網(wǎng)后能夠有效的在梁受拉區(qū)建立預壓應力，起到主動加固的作用，并且預壓應力隨張拉鋼絲繩的增加而增大，預應力鋼絲繩加固對提高空心板梁的開裂彎矩效果顯著。

2)通過2012年和2014年兩次汽—20級靜載試驗數(shù)據(jù)對比分析，證明預應力鋼絲繩加固后結(jié)構剛度和強度均有很大提高；通過公路—Ⅰ級靜載試驗數(shù)據(jù)分析，說明結(jié)構加固后滿足公路—Ⅰ設計荷載標準，且有一定的安全儲備。

3)該加固技術對空心板橋的自重增加小，加固后結(jié)構外觀良好。 加固過程施工簡便、周期短，加固施工中交通通行基本正常，適用于城市橋梁加固維修，具有廣闊的應用和推廣前景。

[1] JTG/T J21—2011,公路承載能力檢測評定規(guī)程[S].

[2] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[3] 黃 華.高強鋼絞線網(wǎng)—聚合物砂漿加固鋼筋混凝土梁式橋試驗研究與機理分析[D].西安：長安大學，2008.

[4] 盧長福，曹忠民.高強鋼絞線網(wǎng)—滲透性聚合物砂漿加固技術研究綜述[J].江西科學，2009(12)：55-56.

[5] 黃 瑩，張小冬.鋼絞線—聚合物砂漿加固技術研究進展[A].第十四屆全國混凝土及預應力混凝土學術會議論文[C].2007.

Performance of hollow slab prestressing reinforcement steel wire rope

Shao Yan

(Xi’anMunicipalAdministrationofFacilities，Xi’an710016，China)

Through the analysis of the rope around the prestressed prestressed hollow plate beam strain data, the establishment of model reinforced hollow plate girder bridge before and after, before and after comparison of calculated reinforcement reliability of the model, for a hole hollow plate girder bridge reinforcement around the-20 level gasoline, highway Ⅰ-level load test, load test the resulting combined deflection and strain-related data on high-strength steel wire rope after reinforcing the hollow bridge stiffness and strength are improved, and a certain safety margin, this proves the effectiveness of reinforcement technology.

high-strength steel wire rope, load test, stress, deflection

1009-6825(2016)18-0150-02

2016-04-18

邵 妍(1984- )，女，工程師

U448.214

A