趙曉斌，曹淑上，黃祖林，張由

（1重慶市建筑科學研究院，重慶 400016；2重慶大學 土木工程學院，重慶 400045）

0 引言

鋼筋混凝土窄梁，按照我國結構設計一貫的傳統(tǒng)和經驗，主梁的高度一般取跨度的1/8～1/12，梁的截面高寬比為2.0～2.5。該類型梁配筋經濟合理，底部多為2層布筋，配筋較少，這樣無論從設計和施工上來說，都是比較完美的。但窄梁應用于橋梁工程時，截面高、寬尺寸均有所減小，主梁的高度一般取跨度的1/13～1/16，主梁的梁肋寬約為梁高的1/4～1/7，一般為160～400mm。加之該類型橋梁為預制組裝，整體性差，其設計承載能力僅局限于汽車-10級、汽車-15級。

針對老舊鋼筋混凝土窄梁橋加固、提載的需要，目前常用方法[1]：（1）截面增大法：結構自重增加較多，增高截面影響橋下凈空，主要用于中小橋；（2）體外預應力法：施工復雜，加固效果難以控制，后期維護成本高，多用于重要橋梁；（3）改變體系加固法施工難度大，措施費用和施工效率較低，主要作為輔佐加固方案；（4）粘貼鋼板或碳纖維法施工技術簡單可靠，加固效果明顯，但不適宜大面積密集使用。

隨著橋梁加固理論的深入研究和加固工程經驗的積累，近年對于鋼筋混凝土窄梁橋，又提出了一種新型加固方法——截面轉換法[2]。其基本思想是在原截面受拉區(qū)通過新增配筋底板，實現(xiàn)主梁由開口截面轉換為閉口箱型截面，利用箱型截面較大的抗彎承載力和抗扭剛度實現(xiàn)橋梁的加固提載。為此，開展了鋼筋混凝土窄梁橋長懸臂鋼梁拓寬及截面轉換加固模型試驗研究，依托秀山西門橋加固改造工程，研究分析鋼筋混凝土窄梁橋增設底板截面轉換受力性能。

1 試驗設計

1.1 試驗方法

采用縮尺模型進行鋼筋混凝土窄梁橋的試驗模擬，通過模型試驗結果有效地預測原型結構增設底板截面轉換后的力學性能。試驗加載分兩階段進行，第一階段加載至等效設計值，第二階段加載至結構破壞。

縮尺模型試驗以相似理論為基礎，是將原型結構主要物理量等同或成比例應用于模型結構中，包括幾何尺寸、質量荷載、應力應變以及邊界條件。窄梁矩形截面表達如下：

上式中Sσ為應力相似常數，對于等強度模型試驗，相同材料制作的模型試件，應力相同Sσ=1，則：Sp=，Sw=Sl。

1.2 模型設計

該試驗研究模型為等強度縮尺模型[3]，試驗模型與原型材料相同，彈性模量相似系數為1，泊松比相似系數為1，幾何尺寸相似系數Sl取1/5時，荷載相似常數1/25。

試驗前設計制作2組窄梁模型Beam1和Beam2，分別模擬原型窄梁增設底板截面轉換前后的橋梁實體結構[4-5]。Beam1為簡化為整體T形截面梁，Beam2為經增設底板截面轉換后的單箱三室箱梁，Beam2同時增設邊梁，混凝土強度等級同原型C30。具體截面布置及配筋情況見圖1、圖2、圖3。

圖1 Beam1截面配筋圖表（mm）

圖2 Beam2截面配筋圖表（mm）

圖3 空間有限元模型示意圖

2 試驗結果分析

2.1 應力結果分析

在2組窄梁模型純彎段跨中位置，矩形截面頂部受壓區(qū)布設混凝土壓應力測點；與混凝土壓應力測點相對應，在2組窄梁模型純彎段跨中位置，矩形截面底部受拉區(qū)布設鋼筋拉應力測點。

根據兩階段各級試驗加載工況下的應變測試值，繪出2組窄梁模型混凝土和鋼筋的荷載-應變關系曲線，如圖4、圖5所示。

圖4 跨中截面混凝土壓應力荷載-應變曲線

圖5 跨中截面鋼筋拉應力荷載-應變曲線

由上述圖表，經分析可知：

1）各模型試驗梁在第一階段加載過程中荷載-應變關系基本保持線性，第一階段卸載后增設底板模型梁Beam2混凝土殘余壓應變?yōu)?%、鋼筋殘余拉應變?yōu)?2%，彈性性能表現(xiàn)良好；在第二階段隨荷載的繼續(xù)增加，不再保持線性，應變變化速率加快，曲線整體趨勢與適筋梁的應力應變曲線相符。

2）模型梁Beam2的整體強度提高，新增邊梁參與承擔荷載，新增底板混凝土及板內配筋增強了受拉區(qū)的抗拉性能，延緩了中性軸的上移速度，使得Beam2在同級荷載下受壓區(qū)混凝土的壓應變和受拉區(qū)鋼筋的拉應變大幅度減小。Beam2在加載至等效設計值時混凝土壓應變?yōu)?93.49με，鋼筋的拉應變?yōu)?04.44με，經本構關系近似計算混凝土壓應力為8.8MPa，鋼筋的拉應力為60.9 MPa，均處于較低的應力水平。在同級荷載作用下，模型梁跨中截面混凝土壓應力減小45%～64%，鋼筋拉應力減小62%～72%。

3）極限狀態(tài)下，未增設底板模型梁Beam1鋼筋的最大拉應變?yōu)?072.23με，鋼筋已進入屈服強化階段，增設底板模型梁Beam2鋼筋的最大拉應變?yōu)?655.02με，鋼筋未屈服，增設底板截面轉換對增強受拉區(qū)強度效果明顯，應力最大幅值減小23%。

2.2 撓度結果分析

在2組窄梁模型純彎段跨中位置，矩形截面底部布設撓度測點，根據兩階段各級試驗加載工況下的撓度測試值，繪出2組窄梁模型的荷載-撓度關系曲線如圖6所示。

由上述圖表，經分析可知：

1）各模型試驗梁在第一階段加載過程中荷載-撓度關系基本保持線性，第一階段卸載后增設底板模型梁Beam2卸載殘余為6.8%，彈性性能表現(xiàn)良好；在第二階段隨荷載的繼續(xù)增加，梁體出現(xiàn)裂縫并逐漸延伸發(fā)展，結構剛度下降，撓度變化明顯增大。

圖6 跨中截面荷載-撓度曲線

2）模型梁Beam2的正截面抗彎剛度明顯提高，在第一階段同級荷載下，跨中截面撓度較增設底板模型梁Beam1有明顯減小，加載至等效設計值時，Beam2撓度試驗值為3.95mm，試驗值約為梁計算跨度的1/1370，小于橋梁規(guī)范對于簡支梁橋撓度限值為L/300的規(guī)定；在同級荷載作用下，Beam2跨中撓度減小39%～58%。

3）極限狀態(tài)下，增設底板模型梁Beam2的跨中撓度試驗值為21.75mm，未增設底板模型梁Beam1的跨中撓度試驗值為24.17mm，約為L/174，說明設計值偏安全。增設底板截面轉換對增強主梁整體剛度效果明顯，撓度最大幅值減小10%。

2.4 極限承載力分析

在持續(xù)加載過程中，截面受拉區(qū)的應力逐漸增大，當受拉區(qū)混凝土應力達到極限抗拉強度時，混凝土開裂，產生裂縫，混凝土退出工作，拉應力由鋼筋承擔。Beam1梁加載全過程中，裂縫出現(xiàn)在純彎段內受拉區(qū)和梁端剪切斜截面，存在彎曲裂縫和剪切裂縫。當荷載達到326.3kN時結構最大裂縫寬度約為1.4mm，高度約為160mm，總體呈典型的受彎破壞裂縫；Beam2梁加載全過程中，裂縫主要集中在純彎段新增底板受拉區(qū)，以彎曲裂縫為主。當荷載達到558.6kN時結構喪失承載力，此時最大裂縫寬度約為0.3mm，高度約為90mm，其余部位未見明顯開裂現(xiàn)象。各模型梁裂縫示意如圖7、圖8所示。

圖7 Beam1梁裂縫示意圖

圖8 Beam2梁裂縫示意圖

表1 承載力試驗值對比表（kN）

由上述圖表，經分析可知：

1）對比2組模型梁的裂縫情況，第一階段加載，由于Beam2模型梁增設底板及邊梁，在加載至等效設計值時，未見可觀測裂縫，第二階段加載達到極限狀態(tài)時，Beam2梁的最大裂縫寬度、高度均小于Beam1梁。說明新增底板能有效抑制裂縫的形成和發(fā)展，增強受拉區(qū)的抗拉能力，延緩中性軸的上移速度，提高開裂荷載。同時增加了梁端斜截面的抗剪強度，抑制剪切斜裂縫的產出。

2）對比2組模型梁的開裂荷載和極限荷載，增設底板模型梁承載力明顯提高，極限承載力提高70%，加固增強效果顯著。

3 結論

1）原窄梁模型增設鋼筋混凝土底板后，底板與原窄梁可共同協(xié)調工作，共同承擔橋面活荷載。

2）從加固前后試驗梁的應變、撓度對比分析結果可看出，由于強度、剛度的提高，同級荷載作用下，混凝土壓應力可減小45%～64%，鋼筋拉應力可減小62%～72%，撓度可減小39%～58%；鋼筋拉應力最大幅值可減少23%，撓度最大幅值可減少10%，主梁的力學性能明顯大幅得到改善。

3）原窄梁模型增設鋼筋混凝土底板后，可明顯發(fā)揮箱梁抗扭性能，其抗扭剛度可提高6～8倍。

4）原窄梁模型增設鋼筋混凝土底板后，原窄梁抗拉性能提高，開裂荷載和極限荷載明顯提高，其極限承載能力可提高70%。

責任編輯：劉艷萍

本埠

重慶三個軌道交通建設項目獲批

國家發(fā)改委近日正式批復了重慶軌道交通第三輪建設規(guī)劃，到2022年，重慶市將新建成軌道交通70.51公里。

據介紹，重慶市軌道交通第二輪建設規(guī)劃國家于2012年12月批復，在第一輪建設規(guī)劃的基礎上，新建四號線一期、五號線一期、六號線支線一期和二期、九號線一期和二期、十號線和環(huán)線等8個項目，全長約215.04公里。截至目前，我市第二輪軌道交通建設規(guī)劃的項目已全部開工建設，并建成投運264公里。

為滿足日益增長的城市交通需求，緩解城市交通擁堵壓力，我市向國家申報了《重慶市城市快速軌道交通第三輪建設規(guī)劃》。近期，國家發(fā)改委正式批復我市軌道交通第三輪建設規(guī)劃。

根據批復，到2022年，我市將開展軌道交通第三輪建設，包括四號線二期工程、五號線北延伸段工程和五A線工程，線路總里程為70.51公里。其中，四號線二期工程，自唐家沱至石船，線路長32.60公里，設車站14座；五號線北延伸段工程，自園博中心至悅港北路，線路長8.95公里，設車站7座；五A線工程，自富華路至跳磴南，線路長28.96公里，設車站19座。

該規(guī)劃的實施，將完成重慶市城市軌道交通 “八線一環(huán)”的基本網建設，彌補兩江新區(qū)的東部片區(qū)軌道交通無覆蓋，有利于促進唐家沱、魚嘴、龍興、悅來、大楊石、李家沱、大渡口等外圍組團與中心城的聯(lián)動發(fā)展。