何萬(wàn)鵬，張己存

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)近幾十年的迅猛發(fā)展，交通運(yùn)輸量的大幅增長(zhǎng)，行車密度和車輛載重越來(lái)越大，相當(dāng)一部分在役橋梁都存在不同程度的損傷材料老化等現(xiàn)象，其承載能力、通行能力都亟待提高，我國(guó)的橋梁加固事業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。舊橋加固方法、加固機(jī)理的研究也越來(lái)越成熟。

1 概述

粘貼鋼板加固法和增大截面加固法是舊橋加固的兩種常用辦法。粘貼鋼板法是交通量增加；主梁承載力不足或縱向主筋出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕的情況下導(dǎo)致出現(xiàn)橫向裂縫時(shí)，在梁或板（底、頂或肋）的主要部位采用粘結(jié)劑或錨栓，將鋼板牢固的粘結(jié)錨固在結(jié)構(gòu)的受拉、受壓及受剪的主要部位，使其與結(jié)構(gòu)形成整體受力的方法。原理以鋼板代替增設(shè)的鋼筋，它的特點(diǎn)是：不需要改變被加固結(jié)構(gòu)的幾何尺寸；工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量容易控制；加固鋼板的理論計(jì)算如鋼筋計(jì)算相同。,增大混凝土截面是一種傳統(tǒng)的加固方法,工藝簡(jiǎn)單,適用面廣,可廣泛用于一般梁截面的加固。在實(shí)際應(yīng)用中,主要采用鋼筋混凝土或鋼筋網(wǎng)砂漿層,來(lái)增大原混凝土結(jié)構(gòu)面積,提高結(jié)構(gòu)承載力。實(shí)際工程中,在構(gòu)件的受拉區(qū)（聯(lián)合加配主筋）和受壓區(qū)（鋪鋼筋網(wǎng)即橋面補(bǔ)強(qiáng)）的情況較多。而粘貼鋼板和增大截面聯(lián)合加固常見(jiàn)的是受拉區(qū)粘貼鋼板受壓區(qū)橋面補(bǔ)強(qiáng)的情況，本文重點(diǎn)分析了此兩種方法的聯(lián)合加固理論。

2 聯(lián)合加固理論及方法

2.1 粘貼鋼板加固法

將鋼板粘貼于構(gòu)件受拉部位或者薄弱部位的面層，使其與結(jié)構(gòu)形成整體，共同承受荷載。原結(jié)構(gòu)的恒載內(nèi)力由原構(gòu)件承擔(dān)新增鋼板只承受粘貼加固后的荷載產(chǎn)生的應(yīng)力。一般情況下，由于加固前一期恒載等作用，原構(gòu)件混凝土與鋼筋的應(yīng)力、應(yīng)變積累值往往大于新增混凝土即鋼板產(chǎn)生的相應(yīng)值，使得原構(gòu)件的鋼筋達(dá)到破壞時(shí)新增鋼板的強(qiáng)度還不能充分發(fā)揮，只有當(dāng)受拉鋼筋屈服后，新增鋼板的容許應(yīng)力才迅速增加，但不宜超過(guò)允許值。原受拉鋼筋的容許應(yīng)力可以適當(dāng)放寬。除此之外受壓區(qū)混凝土的壓應(yīng)力也是主要的控制因素。粘貼鋼板加固常用于受彎構(gòu)件正截面加固。

2.2 增大截面加固法

增大截面加固法又稱外包混凝土加固法，是通過(guò)在原混凝土構(gòu)件外，疊澆新的鋼筋混凝土，增大構(gòu)件的截面積和配筋，達(dá)到提高構(gòu)件的承載力和剛度等目的，即采用同一種材料來(lái)增大原構(gòu)件截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的?；炷亮寒?dāng)其承載力不足，且剛度也不滿足要求時(shí)，可根據(jù)受力性質(zhì)、構(gòu)造特點(diǎn)、施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)條件采用增大截面的措施。增大截面加固法施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，適用于梁的混凝土的加固。根據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)、薄弱環(huán)節(jié)、幾何尺寸及方便施工等。

2.3 粘貼鋼板和增大截面聯(lián)合加固理論與計(jì)算辦法

粘貼鋼板和增大截面聯(lián)合加固可分為壓區(qū)粘貼鋼板與拉區(qū)增大截面聯(lián)合加固、壓區(qū)增大截面和拉區(qū)粘貼鋼板聯(lián)合加固。下面給出具有共性的T型截面的計(jì)算方法。增大截面前后應(yīng)力變化見(jiàn)圖1。

2.3.1 第一階段應(yīng)力計(jì)算

即加固前恒載產(chǎn)生的截面彎矩對(duì)混凝土及鋼筋的應(yīng)力，先按下式計(jì)算原梁換算截面受壓區(qū)高度x01及慣性矩I01：

受壓區(qū)：

圖1 增大截面前后應(yīng)力變化圖

慣性矩：

式中：n-鋼筋與混凝土的彈性模量比值ES/EC，對(duì)C20～C30，n=10；對(duì) C40～C50，n=8。

當(dāng) x≤h′f時(shí)，T型梁應(yīng)按寬度b′f，即令 h′f=b，高度為h的矩形截面計(jì)算。

當(dāng) x＞h′f時(shí)，T型梁應(yīng)考慮梁肋的受壓部分，按T型梁截面計(jì)算。

加固構(gòu)件為矩形截面梁時(shí)，以上各式按b′f=b計(jì)算

原截面受壓區(qū)邊緣混凝土應(yīng)力：

式中：M1—第一階段恒載產(chǎn)生的彎矩。

原受拉鋼筋重心處或最外層鋼筋應(yīng)力：

計(jì)算最外層鋼筋應(yīng)力時(shí)，將h0換成最外層鋼筋重心至混凝土受壓邊緣的距離。

2.3.2 第二階段應(yīng)力計(jì)算

粘鋼加固后活荷載及后加恒載產(chǎn)生的截面彎矩對(duì)混凝土及鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)力計(jì)算

粘貼鋼板Asn與原受拉鋼筋A(yù)s的總截面積：

加固后截面有效高度：h0=h+h1-

加固后截面受壓區(qū)高度：

慣性矩：

這里假設(shè)新增混凝土的強(qiáng)度等級(jí)與舊混凝土相同，但一般新增混凝土強(qiáng)度會(huì)高于舊混凝土，須將新增混凝土換算成舊混凝土相同的材料。

按下列各式計(jì)算材料應(yīng)力時(shí)，截面受壓區(qū)邊緣新混凝土應(yīng)力：

截面受壓邊舊混凝土邊緣應(yīng)力：

式中：M2—鋼板或鋼筋粘貼膠固化并達(dá)到強(qiáng)度后，計(jì)算截面所承受的彎矩，一般為活載和后加恒載。

原受拉鋼筋重心處或最外層鋼筋應(yīng)力：

新增鋼板或鋼筋的應(yīng)力：

式中：hsn—粘貼鋼板距加固后受壓邊緣的距離；

h1—受壓區(qū)增大截面混凝土新澆層厚度；

hs—受拉區(qū)鋼筋距加固后受壓邊緣的距離。

2.3.3 驗(yàn)算混凝土及鋼筋的最終應(yīng)力

截面受壓區(qū)舊混凝土邊緣應(yīng)力：

式中：[σw]—舊混凝土彎曲受壓容許應(yīng)力，約等于其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd。

截面受壓區(qū)（新增混凝土橋面板后）邊緣最大應(yīng)力：

受拉邊舊鋼筋重心處或最外層鋼筋最大應(yīng)力：

式中：σs—舊鋼筋容許抗拉應(yīng)力，考慮到受拉主筋一般采用HRB335，其容許拉應(yīng)力約等于其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fsd的0.66倍。R235鋼筋其值為0.69倍。

受拉邊新增鋼板后換算成鋼筋重心處應(yīng)力：

式中：[σsw]—新增鋼板或鋼筋彎曲容許拉應(yīng)力。

貼鋼筋時(shí)按上述σs取值；貼Q235或Q345鋼板時(shí)，約等于R235或HRB335鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd的0.75倍。

受壓區(qū)的鋼筋一般不到容許壓應(yīng)力，可不驗(yàn)算。受拉區(qū)混凝土容許開(kāi)裂，也不作驗(yàn)算。

2.3.4 持久狀況承載能力極限狀態(tài)受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算

翼緣位于受壓區(qū)的粘鋼加固受彎構(gòu)件，其正截面抗彎承載力計(jì)算按下列計(jì)算

當(dāng)符合下列條件時(shí)：

當(dāng)不符合上式條件時(shí)，應(yīng)考慮截面腹板受壓作用，正截面抗彎承載力按下列計(jì)算：

受壓區(qū)高度x按式（24）計(jì)算：

式中 x、a′s均要滿足前文的基本要求。

3 工程案例

實(shí)際工程中，在構(gòu)件的受拉區(qū)補(bǔ)澆混凝土層即增大截面加固的情況較多，T形梁，原配筋率較低，其混凝土受壓區(qū)高度較小，因此在受拉區(qū)粘貼鋼板，從而提高梁的抗彎承載力。而往往增大拉區(qū)承載力的同時(shí)，原橋面鋪裝混凝土厚度不夠較容易破壞，下面以基本的鋼筋混凝土構(gòu)件為例，給出拉區(qū)粘貼鋼板和壓區(qū)增大截面聯(lián)合加固的實(shí)例。

3.1 橋梁概況

鋼筋混凝土4跨20 m T形簡(jiǎn)支梁,主梁間距1.6 m，共5片梁，橋?qū)拑? m+2×1 m，計(jì)算跨徑19.5 m。該橋超重車多，橫向聯(lián)系破壞較重，橫隔板嚴(yán)重開(kāi)裂，上下貫通，橋面翼緣板連接處的絞縫全橋貫通并滲水，荷載橫向分布較弱。

3.2 加固方案

加固措施見(jiàn)圖2，受拉區(qū)選擇粘貼厚度t=8 mm、寬160 mm的鋼板，橋面現(xiàn)澆混凝土增大厚度80 mm。

圖2 加固方案示意圖（單位：mm）

3.3 加固效果

本橋通過(guò)拉區(qū)T梁馬蹄粘貼鋼板、翼緣板增大截面聯(lián)合加固的辦法加固后，抗裂、抗彎、極限承載力等性能都有很大提高，并且結(jié)合了兩種辦法的優(yōu)點(diǎn)，加固效果很明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

粘貼鋼板和增大截面聯(lián)合加固具有兩種加固方式優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，在鋼筋混凝土構(gòu)件的加固中較為常用，在全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件加固中使用還不廣泛，還具有廣闊的前景。此聯(lián)合理論還沒(méi)有粘貼鋼板量與增大截面量一一對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法，是理論發(fā)展的下一步。聯(lián)合加固的應(yīng)用將對(duì)我國(guó)的舊橋加固理論有實(shí)際意義。

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