邵 妍

(西安市市政設(shè)施管理局，陜西 西安 710016)

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空心板橋預(yù)應(yīng)力鋼絲繩網(wǎng)加固性能研究

邵 妍

(西安市市政設(shè)施管理局，陜西 西安 710016)

通過(guò)分析預(yù)應(yīng)力鋼絲繩張拉前后預(yù)應(yīng)力空心板梁的應(yīng)變數(shù)據(jù)，建立了空心板梁橋加固前后的計(jì)算模型，對(duì)比了加固前后計(jì)算模型的可靠性，并對(duì)加固前后的一孔空心板梁橋進(jìn)行了汽—20級(jí)、公路—Ⅰ級(jí)荷載試驗(yàn)，結(jié)合荷載試驗(yàn)所得撓度和應(yīng)變數(shù)據(jù)，得出高強(qiáng)鋼絲繩網(wǎng)加固后使空心板梁橋剛度和強(qiáng)度均有所提高，且有一定安全儲(chǔ)備，證明此加固技術(shù)的有效性。

高強(qiáng)鋼絲繩網(wǎng)，荷載試驗(yàn)，應(yīng)力，撓度

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)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(huì)突發(fā)性的引起巨大的生命財(cái)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(wèn)題，越來(lái)越多的橋梁需要加固、維修或改造。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩網(wǎng)—聚合物砂漿技術(shù)是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)逐步發(fā)展起來(lái)的新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，該技術(shù)可靠性好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，不但具有提高結(jié)構(gòu)承載力和抗彎剛度的性能，還能對(duì)結(jié)構(gòu)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(dāng)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(gòu)為25 m×17.4 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板，下部結(jié)構(gòu)為雙柱墩，樁柱式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。單塊板截面尺寸為114 cm×80 cm，跨中截面主筋為10φ12，預(yù)應(yīng)力為三束24φ5的鋼絲，橫向9塊板，設(shè)計(jì)荷載為汽—20級(jí)。為解決該橋出現(xiàn)承載力不足等問(wèn)題，對(duì)其采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩網(wǎng)—聚合物砂漿技術(shù)進(jìn)行加固，使其承載能力等級(jí)提升至公路—Ⅰ級(jí)。

2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分析

2.1 張拉試驗(yàn)

為掌握預(yù)應(yīng)力鋼絲繩對(duì)空心板梁的實(shí)際主動(dòng)加固效果，選取該橋第24跨南側(cè)1，2，3塊板進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絲繩張拉試驗(yàn)，對(duì)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩網(wǎng)張拉前后板梁跨中下緣的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，并采用專業(yè)計(jì)算程序MIDAS CIVIL以梁格法對(duì)第24孔橋梁建立模型，按試驗(yàn)張拉鋼絲繩的順序進(jìn)行模擬計(jì)算。試驗(yàn)時(shí)臨時(shí)封閉橋上有關(guān)車(chē)道交通。

每根預(yù)應(yīng)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(hào)板底跨中貼好應(yīng)變計(jì)，先張拉第一層16根鋼束，讀數(shù)穩(wěn)定后記錄1號(hào)板底應(yīng)變值，再?gòu)埨诙?7根鋼束，再次記錄1號(hào)板底應(yīng)變值。同理，在2號(hào)板底跨中貼好應(yīng)變計(jì)，并對(duì)1號(hào)板底應(yīng)變讀數(shù)歸零，張拉2號(hào)板第一層16根鋼束，讀數(shù)穩(wěn)定后記錄1號(hào)和2號(hào)板底應(yīng)變值，再?gòu)埨诙?7根鋼束，記錄1號(hào)和2號(hào)板底應(yīng)變值。3號(hào)板同上步驟，依次獲得張拉3號(hào)板第一層16根鋼束后的1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)板底應(yīng)變值，和再?gòu)埨诙?7根鋼束后的1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)板底應(yīng)變值。張拉順序及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，試驗(yàn)及理論計(jì)算結(jié)果比較如表1所示。

表1 各梁的試驗(yàn)及理論計(jì)算結(jié)果比較

梁號(hào)狀態(tài)張拉力N實(shí)測(cè)應(yīng)變值應(yīng)力/MPa試驗(yàn)值計(jì)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(cè)值無(wú)效

結(jié)論：在第一層鋼筋均張拉結(jié)束后，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)梁底產(chǎn)生的壓應(yīng)變分別為17 με,18 με和22 με，對(duì)應(yīng)壓應(yīng)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(hào)、3號(hào)梁底產(chǎn)生的壓應(yīng)變?yōu)?1 με和35 με，對(duì)應(yīng)壓應(yīng)力為0.97 MPa和1.1 MPa?？梢?jiàn)，張拉鋼絲繩后能有效的在梁受拉區(qū)建立預(yù)壓應(yīng)力，起到主動(dòng)加固的作用，并且預(yù)壓應(yīng)力隨張拉鋼絲繩的增加而增大，實(shí)測(cè)值與建立模型后理論計(jì)算值誤差小于10%。

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

Mcr=(σpc+γftk)W0

(1)

其中，γ為混凝土構(gòu)件截面抵抗矩塑性影響系數(shù)；ftk為混凝土抗拉強(qiáng)度；W0為換算截面下邊緣彈性抵抗矩；σpc為受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力大小，由式(2)計(jì)算得到：

(2)

其中，NP為預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的合力；e為預(yù)應(yīng)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(yīng)理論得到預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固前主梁跨中截面開(kāi)裂彎矩為610.3 kN·m，預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固后主梁跨中截面開(kāi)裂彎矩為798.5 kN·m，比加固前提高了30.8%，可見(jiàn)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固對(duì)提高空心板梁的開(kāi)裂彎矩效果顯著。

2.2 荷載試驗(yàn)

對(duì)該空心板橋于2012年和2014年分別進(jìn)行加固前后荷載試驗(yàn)，測(cè)試該橋第22孔跨中截面最大正彎矩中、偏載工況時(shí)，在汽—20級(jí)荷載作用下的撓度和應(yīng)變情況，跨中截面測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖2，撓度和應(yīng)變對(duì)比見(jiàn)圖3～圖6，計(jì)算加固前后該橋第22孔在汽—20級(jí)及公路—Ⅰ級(jí)荷載作用下校驗(yàn)系數(shù)變化。

主要測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)按式(3)計(jì)算：

(3)

式中:So——試驗(yàn)荷載作用下量測(cè)的彈性變位(或應(yīng)變)值；S%——試驗(yàn)荷載作用下的理論計(jì)算變位(或應(yīng)變)值。

不同荷載作用下，撓度和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 撓度和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)對(duì)比表

結(jié)論如下：

1)由相應(yīng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值及理論計(jì)算得到：該橋第22孔在汽—20級(jí)荷載作用下，加固后撓度校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)比加固前有較大下降，說(shuō)明加固后橋梁結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備比加固前大，結(jié)構(gòu)更安全；結(jié)構(gòu)在加固后公路—Ⅰ級(jí)荷載作用下，撓度校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)與加固后汽—20級(jí)荷載作用下?lián)隙刃ｒ?yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)相當(dāng)，說(shuō)明荷載等級(jí)為公路—Ⅰ級(jí)時(shí)，橋梁承載力滿足要求，并有一定安全儲(chǔ)備。

2)該橋第22孔在汽—20級(jí)荷載中載和偏載作用下，2014年加固后比2012年加固前實(shí)測(cè)撓度值和實(shí)測(cè)應(yīng)變值均有所下降，撓度下降幅度約31.2%～38.6%，應(yīng)變下降幅度約16.9%～37.1%，說(shuō)明預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固方法使結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度有顯著提高。

3 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩張拉前后預(yù)應(yīng)力空心板梁應(yīng)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(yù)壓應(yīng)力，起到主動(dòng)加固的作用，并且預(yù)壓應(yīng)力隨張拉鋼絲繩的增加而增大，預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固對(duì)提高空心板梁的開(kāi)裂彎矩效果顯著。

2)通過(guò)2012年和2014年兩次汽—20級(jí)靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，證明預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固后結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度均有很大提高；通過(guò)公路—Ⅰ級(jí)靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，說(shuō)明結(jié)構(gòu)加固后滿足公路—Ⅰ設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，且有一定的安全儲(chǔ)備。

3)該加固技術(shù)對(duì)空心板橋的自重增加小，加固后結(jié)構(gòu)外觀良好。 加固過(guò)程施工簡(jiǎn)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(yīng)用和推廣前景。

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

[2] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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

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

[5] 黃 瑩，張小冬.鋼絞線—聚合物砂漿加固技術(shù)研究進(jìn)展[A].第十四屆全國(guó)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)術(shù)會(huì)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