時(shí)黎明 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230092）

0 前言

橋梁作為我國(guó)交通的主要設(shè)施，其承載力關(guān)乎到社會(huì)人群出行的安全，因此為了避免安全事故，對(duì)于橋梁的極限承載力進(jìn)行計(jì)算具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。橋梁承載力的最低限體現(xiàn)在橋梁的薄弱受彎構(gòu)件上，因?yàn)榇瞬糠直旧淼某休d能力就相對(duì)較弱，所以需要加固，而為了保障加固之后薄弱受彎構(gòu)件的承載力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，就需要通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算方法來(lái)得出結(jié)果。

1 橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算

1.1 加筋類(lèi)加固薄弱受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算

因?yàn)楝F(xiàn)代橋梁建設(shè)通常采用帶載加固方法，在此基礎(chǔ)上本文首先構(gòu)建計(jì)算基礎(chǔ)，具體如下。

①橋梁帶載加固需要考慮到分階段受力特性。具體來(lái)說(shuō)，一期荷載效應(yīng)主要受力點(diǎn)在于原梁，原梁受力之后會(huì)表現(xiàn)出彈性狀態(tài)，此時(shí)其截面應(yīng)力需要依照材料力學(xué)公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。此外，二期荷載效應(yīng)主要以加固后截面作為受力點(diǎn)[1]。

②平截面假設(shè)。為了保障計(jì)算能夠順利開(kāi)展，所有受力階段的截面變形都需要與平截面假設(shè)保持一致。

③極限狀態(tài)計(jì)算公式。首先，結(jié)合前人研究結(jié)果得知，在極限狀態(tài)下，橋梁截面受壓邊緣的混凝土應(yīng)變極限值為εcu=0.0033，那么受壓部分的混凝土應(yīng)力就需要依照矩形應(yīng)力圖來(lái)進(jìn)行計(jì)算；受壓部分的混凝土強(qiáng)度假定為fcd；矩形應(yīng)力圖高度為x2=βx02，矩形應(yīng)力圖高度公式當(dāng)中，x02代表二期荷載下的截面變形零點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離；β代表受壓區(qū)高度折減系數(shù)，通常如果混凝土強(qiáng)度在C50以下，那么β=0.8。

其次，根據(jù)上述分析技術(shù)，本文構(gòu)建了加筋類(lèi)橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算圖式，如圖1所示。

圖1 加筋類(lèi)橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算圖式

在上述基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，首先，原梁構(gòu)件作為一期荷載效應(yīng)的受力點(diǎn)，其截面幾何特征值可以按照開(kāi)裂的換算截面來(lái)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算主要分為兩個(gè)部分，即上緣混凝土的壓應(yīng)變、原梁受拉鋼筋的拉應(yīng)變，兩部分的計(jì)算公式如下。

①上緣混凝土的壓應(yīng)變。

②原梁受拉鋼筋的拉應(yīng)變。

上述兩公式中，εc1代表上緣混凝土的壓應(yīng)變；εs1代表原梁受拉鋼筋的拉應(yīng)變；Md1代表一期荷載效應(yīng)；x01、J01代表原梁的換算截面幾何性質(zhì)。

假設(shè)原梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，那么在計(jì)算其截面應(yīng)力時(shí)，就需要考慮加力影響，其截面幾何特征值，需要按照全截面在工作狀態(tài)下的狀態(tài)進(jìn)行換算。之后對(duì)加筋類(lèi)加固薄弱受彎構(gòu)件正截面的極限承載力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算圖式如圖1所示。

1.2 加固配筋設(shè)計(jì)的計(jì)算方法

加固配筋設(shè)計(jì)的計(jì)算方法及步驟如下。

①對(duì)原梁的換算截面幾何性質(zhì)x01、h01進(jìn)行計(jì)算。

②在荷載恒定的情況下，對(duì)原梁上緣混凝土的壓應(yīng)變?chǔ)與1、原梁受拉鋼筋的拉應(yīng)εs1進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)上述計(jì)算步驟了解到，加固后的原梁最大承載力與原梁的截面尺寸存在密切聯(lián)系，如果尺寸過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致原梁應(yīng)力分散，將不利于其極限承載力；加固后的原梁承載力漲幅受鋼筋配筋率約束，如果在設(shè)計(jì)當(dāng)中出現(xiàn)了盲目配筋，就可能導(dǎo)致原梁截面尺寸大幅度增加，因此，如果在設(shè)計(jì)當(dāng)中出現(xiàn)了這種現(xiàn)象，就說(shuō)明這種設(shè)計(jì)存在較大的安全隱患。此外，在盲目加筋之下，還會(huì)導(dǎo)致原梁的脆性提高，脆性提高的同時(shí)其韌性將會(huì)降低，則同樣會(huì)導(dǎo)致其極限承載力下降，從而進(jìn)一步擴(kuò)張?jiān)O(shè)計(jì)的危險(xiǎn)性。

1.3 加混凝土類(lèi)加固薄弱受彎構(gòu)件計(jì)算特點(diǎn)

對(duì)上述計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)分析：通常在一些橋面加厚的橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)其加固薄弱構(gòu)件極限承載力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要考慮到分階段受力的特點(diǎn)，需要依照兩階段受力迭合梁進(jìn)行計(jì)算。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)椴煌瑯蛎娲嬖诓煌臉?biāo)高限制，所以不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)限制的加厚，因此在一般情況下在對(duì)橋面進(jìn)行加固后，截面的中心軸不會(huì)與加厚的新混凝土連接面相互融合，使得新舊混凝土同時(shí)承受壓力，而因?yàn)樾屡f混凝土在性能上必然存在一些差距，所以會(huì)導(dǎo)致橋梁的極限承載力出現(xiàn)一定的減弱，在此條件下進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到新舊混凝土的塑性影響，并對(duì)加固后的混凝土層在極限狀態(tài)下的應(yīng)力表現(xiàn)進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)依照此計(jì)算結(jié)果，即可使橋梁的極限應(yīng)力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

此外，混凝土加厚橋梁在上述計(jì)算基礎(chǔ)上，對(duì)其加固后的薄弱構(gòu)件的最大厚度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要考慮到原梁的配筋率，因?yàn)檫^(guò)大的厚度會(huì)增加橋梁的自重，自重會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的向下應(yīng)力，此時(shí)如果原梁配筋率不足，使得向下應(yīng)力超過(guò)原梁的極限承載力，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌現(xiàn)象。

2 橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算

通常情況下，橋梁加固薄弱構(gòu)件是指粘貼鋼板，其主要目的在于彌補(bǔ)橋梁的斜筋、箍筋的截面面積，以此在面積增大的前提下，即可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固。在此前提下，結(jié)合前人的研究成果可了解到，后加的鋼板只會(huì)承受活載的剪力影響，所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)對(duì)橋梁的分階段受力情況進(jìn)行綜合考慮。下文將介紹加固薄弱受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算的一般表達(dá)式，之后介紹更具實(shí)際作用的改良式。

2.1 一般表達(dá)式

結(jié)合理論，在一期荷載Vd1效應(yīng)的影響之下，橋梁加固薄弱構(gòu)件會(huì)進(jìn)入彈性狀態(tài)，此條件下一期荷載效應(yīng)會(huì)對(duì)構(gòu)件斜截面頂部形成剪力，剪力主要由此部分的混凝土、箍筋、彎起鋼筋承擔(dān)，表達(dá)式：Vd1=Vc1+VsV1+Vsb1[3]。

在二期荷載Vd2效應(yīng)的影響之下，會(huì)導(dǎo)致后期加固鋼板受到剪力，此剪力主要作用于混凝土、箍筋、彎起鋼筋以及后期加固鋼板，由此可見(jiàn)在二期荷載效應(yīng)當(dāng)中，其承載力得到了提升，因此說(shuō)明極限承載力的上限得到了提高。

為了證實(shí)一般表達(dá)式的適用性，本文對(duì)其進(jìn)行以下抗剪實(shí)驗(yàn)分析。

①選擇9根被粘貼鋼板加固后的小梁作為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

②實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段，一階段：模擬橋梁結(jié)構(gòu)帶載加固受力后的模型；二階段：在一期荷載條件下，采用環(huán)氧砂漿粘貼斜鋼板參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行加固；三階段：統(tǒng)計(jì)一期荷載模型的承載力，之后在施加二期荷載，再統(tǒng)計(jì)模型的承載力。

實(shí)驗(yàn)主要采用兩點(diǎn)對(duì)稱加載法、對(duì)比法來(lái)得出結(jié)果。流程上，在模擬條件下先運(yùn)作兩點(diǎn)對(duì)稱加載法，模擬手動(dòng)千斤頂參數(shù)來(lái)施加荷載，在通過(guò)電阻應(yīng)片來(lái)對(duì)模型當(dāng)中的箍筋、彎起鋼筋、后加鋼板的應(yīng)變進(jìn)行量測(cè)，此時(shí)即可得到9根被粘貼鋼板加固后的小梁各自的應(yīng)力系數(shù)，之后將所有結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，即可得到箍筋、彎起筋、后加補(bǔ)強(qiáng)鋼板和混凝土的極限承載力。由此可見(jiàn)，通過(guò)一般表達(dá)式確實(shí)能夠得到橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面的極限承載力，但是因?yàn)楝F(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)形式的多樣化，同時(shí)為了增加公式的實(shí)用性，可對(duì)一般表達(dá)式進(jìn)行如下改良。

2.2 改良表達(dá)式

根據(jù)上述分析，本文對(duì)一般表達(dá)式進(jìn)行改良，具體如下所示：

Y0Vd≤βcVc+VsV+Vsd+準(zhǔn)VR。式中 VC、VV、Vb代表混凝土、箍筋和彎起鋼筋的抗剪承載力。根據(jù)《公路橋梁鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》了解到，本文的改良式完全符合規(guī)范規(guī)定，說(shuō)明本文改良后公式的有效性。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件承載力極限狀態(tài)的計(jì)算方法進(jìn)行了研究。首先對(duì)加筋類(lèi)加固薄弱受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算，構(gòu)建了抗彎承載力計(jì)算圖式，在圖式中，可以對(duì)橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件的斷面承載力、應(yīng)變力、一期荷載、二期荷載應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。其次，結(jié)合理論介紹了橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面承載力的一般表達(dá)式，最終為了保證實(shí)用性，提出了相關(guān)的改良式，結(jié)合相關(guān)規(guī)范證實(shí)了其有效性。