疊合板加固鋼筋混凝土空心板橋梁研究

王茜

摘要：為檢驗疊合板加固空心板后疊合層與原構件的共同工作性能，以及疊合層中受力鋼筋的利用效率，我們制作四個鋼筋混凝土空心板縮尺模型，進行靜力加載破壞對比試驗。

關鍵詞：疊合板加固;縮尺模型;靜力加載破壞試驗

0???? 概述

隨著交通量的迅猛增長以及車輛的超載運行，許多早期修建的中小跨徑鋼筋混凝土空心板橋梁的承載能力正經受著巨大的考驗，有的已經出現了各種病害，亟待維修改造。疊合板加固法能否廣泛應用到這一方面也是我們研究的目的之一。

1???? 試驗方案設計

1.1? 試驗方案設計

試驗對象為空心板縮尺試件，編號為至RCB-4，試件長4200mm，寬800mm，高200mm。構件RCB-1即相當于加固前的空心板，原構件及疊合層混凝土強度等級均為C30。原結構受拉區配置9 根18mmHRB400鋼筋，配筋率1.75%; 受壓區配置2 根12mmHRB400鋼筋和1 根18mmHRB400鋼筋作為架立筋。疊合層厚度為120mm，下部配置7 根18mmHRB400鋼筋; 受壓區配置1 根18mmHRB400鋼筋和 2根12mmHRB400鋼筋作為架立筋。原結構與疊合層內的箍筋全部采用6mmHPB235鋼筋，箍筋間距100mm，在靠近支座400mm范圍內箍筋間距加密至50mm。RCB-1作為對照構件，只包含未加固的原結構;RCB-2包含原結構與疊合層，但疊合面沒有任何構造措施，且在澆筑完原結構混凝土后在其上覆蓋了一層塑料膜再澆筑疊合層，使原結構和疊合層之間完全分離;RCB-3包含原結構與疊合層，疊合面采取人工鑿毛并植抗剪鋼筋;RCB-4包含原結構與疊合層，疊合面構造措施與RCB-3相同，但疊合層受拉區和受壓區均只配置3 根12mmHRB400鋼筋。

1.2? 加載方案

試件約束條件為兩端簡支，由一臺千斤頂進行豎向靜力加載，通過分配梁實現跨中兩點對稱加載，加載點間距1200mm，兩加載點之間為純彎段。

2試驗結果分析

表2 列出了試件RCB-1～RCB-4的主要試驗結果數據。開裂彎矩Mcr表示受拉區混凝土出現第一條裂縫時的跨中彎矩;屈服彎矩My表示底部縱筋達到屈服應變時的跨中彎矩;極限彎矩Mu表示試件能夠承受的最大彎矩。δu、δy分別表示對應于Mu、My時的跨中撓度。

3計算分析

3.1? 基本假定

1）??? 構件彎曲后，其截面仍保持為平面。

2）??? 截面受壓混凝土的應力圖形簡化為矩形，其壓力強度取根據實測值計算得到的軸心抗壓強度平均值;截面受拉混凝土的強度不考慮。

3）??? 極限狀態計算時鋼筋應力取實測的屈服強度。

4）??? 鋼筋應力等于鋼筋應變與其彈性模量的乘積，但不大于實測的屈服強度。

5）??? 混凝土的極限壓應變取0.0033。

6）??? 對RCB-2按兩個截面分別計算，最終取上下兩部分之和;對RCB-3和RCB-4按加固后的整體截面計算其極限承載力，再驗算疊合面抗剪。

3.2? 疊合面抗剪驗算

RCB-3與RCB-4的疊合面構造相同，按照規范方法計算其抗剪能力。為簡便起見，荷載直接取試驗中實測的較大值，即RCB-3的極限荷載所對應的最大剪力，而混凝土強度取二者的較小值。則根據計算，承載能力極限狀態下RCB-3與RCB-4均不會發生疊合面破壞。與試驗現象相符合。

3.3? 正截面抗彎承載力計算

將計算結果Mcal與試驗結果Mu比較如下，同時列出了試驗測得的屈服彎矩My。

*將原結構中全部鋼筋和疊合層中下部鋼筋都作為受拉鋼筋考慮

從表3 可以發現，極限抗力的計算值普遍小于試驗實測值，誤差最大達到了35%左右。造成計算值與實測值之間差距的原因可能有：

1）??? 鋼筋在應變較大時產生了強化，而這一部分在上述計算過程中無法考慮。從表3 可以看出極限抗力的計算值與實測的屈服彎矩比較接近。進一步可以看出，計算得到的RCB-1、RCB-3、RCB-4的承載力都略小于實測的屈服彎矩，但RCB-2恰好相反，這是因為計算值是上下兩部分在計算假定的極限狀態下的荷載之和，而實測的屈服彎矩對應的是RCB-2原結構鋼筋開始屈服時刻的荷載，此時疊合層鋼筋還未屈服。

2）??? 試件本身高度較小，實際制作過程中的加工誤差相比整個試件的尺寸而言較大，導致內力臂增大，增大了極限承載力。

3）??? 計算方法本身在受壓鋼筋沒有達到屈服的條件下將內力臂設為受拉鋼筋合力點與受壓鋼筋合力點間的距離，實際上是偏于保守的。實際的受壓區合力作用點應該在受壓鋼筋合力點與混凝土矩形應力區合力點之間，因此實際的內力臂應該略大于受拉與受壓鋼筋合力點間的距離。

4結論

本文進行了試驗研究與基本理論分析，詳細對比了幾種加固思路的不同，用基本理論和試驗事實證明：疊合板加固法是可靠的，但要將疊合加固技術的效率提高到最大，一定要形成整體截面共同工作。主要結論為：

（1）???? 按照現行規范進行疊合加固后構件的最終承載能力遠大于原結構與疊合層承載力的簡單相加。

（2）???? 按照疊合層單獨受力而設計的加固方案效率較低。

（3）???? 整體截面受力時疊合層中的配筋不能充分發揮承載能力。在疊合層中設置較多受力鋼筋，能夠在一定程度上提升疊合加固構件屈服后的承載能力、增加安全儲備，但增長幅度較小。

（4）???? 疊合面構造措施充分的條件下，疊合層底部增加鋼筋帶來的承載力提升較小，可省去疊合層底部不必要的受力鋼筋，同樣可以得到較好的加固效果，同時減少用鋼量。

（5）???? 這種加固方法應首先滿足空心板施工階段的受力要求，同時，它必然增加了下部結構的荷載，因此，下部結構及基礎的驗算是應該的。

參考文獻：

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