石皓帆　王江豪　劉子利　劉鵬程

摘 要：本文以貴州某橋?yàn)檠芯勘尘?，采用有限元分析軟件MIDAS/FEA針對(duì)現(xiàn)有的加固方法：增大截面、普通碳纖維板與預(yù)應(yīng)力碳纖維板等，建立了不同加固順序的梁橋模型。通過對(duì)比分析梁橋在不同加固順序下模型的受力變形和裂縫的擴(kuò)展情況。結(jié)果表明：先碳纖維板后增大截面加固的順序與先增大截面后碳纖維板加固和同時(shí)增大截面及碳纖維板加固相比，加固效果較優(yōu)。在實(shí)際工程中，當(dāng)兩種加固方法的加固作業(yè)面不沖突時(shí)，可以不考慮加固方法的先后順序而采用兩種加固方法同時(shí)施工的加固方法，在幾乎不影響加固效果的同時(shí)，可以節(jié)省施工作業(yè)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;聯(lián)合加固;施工順序;增大截面;碳纖維板

中圖分類號(hào)：U445? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）05-0115-03

1工程背景

本文以貴州省某預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋?yàn)楸尘?，全橋長35m，計(jì)算跨徑為34m，設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅱ級(jí)，具體尺寸如圖1所示。為提高橋梁承載能力，擬采用梁底面粘貼2mm碳纖維板、橋面原11.5cm二期鋪裝鑿除替換的聯(lián)合加固方法，對(duì)簡支梁加固。通過對(duì)橋梁聯(lián)合加固過程中，碳纖維板及疊合層替換加固順序的不同，建立有限元計(jì)算模型，對(duì)加固效果進(jìn)行分析。

2模型建立

本文以簡支梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，假定其截面平均應(yīng)變基本符合平截面假定，且各種材料結(jié)合良好不發(fā)生粘結(jié)或分層剝離破壞以及不考慮梁橋的剪切破壞。在MIDAS/FEA中主梁混凝土采用6面體實(shí)體，鋼筋單元統(tǒng)一取植入式桿式鋼筋，采用四節(jié)點(diǎn)四邊形平面應(yīng)力單元來模擬碳纖維板單元，增大截面疊合層采用四節(jié)點(diǎn)四邊形板單元模擬保證在施工過程中的增大截面疊合層和主梁混凝土單元變形協(xié)調(diào)，采用八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元模擬梁橋的支座。通過單元的激活鈍化功能完成對(duì)加固過程的模擬，為減少計(jì)算時(shí)間，建模時(shí)只建立某一榀小箱梁進(jìn)行計(jì)算。該簡支梁橋設(shè)計(jì)采用的主要混凝土、鋼絞線及加固材料特性見表1，有限元模型如圖2所示。

本文模擬了從成橋、二期、預(yù)加車道荷載、車道荷載及二期卸載、加固、車道荷載二次加載等過程，其中二期荷載包括原橋鋪裝荷載和人行道、欄桿等;車道荷載分為集中荷載和均布荷載;碳纖維的預(yù)應(yīng)力通過升溫降溫的方法施加。MIDAS/ FEA通過荷載子步完成加固施工階段模擬，各加固方案荷載步的設(shè)置情況：對(duì)于梁3-1～6前四荷載步為自重加預(yù)應(yīng)力、二期加車道、卸載車道荷載、卸載二期;梁3-1第五～七荷載步分別為激活疊合層、激活碳纖維板、荷載因子乘以車道荷載;梁3-2第五～七荷載步分別為激活碳纖維板、激活疊合層、荷載因子乘以車道荷載;梁3-3第五、六荷載步分別為同時(shí)激活疊合層和碳纖維板、荷載因子乘以車道荷載;梁3-4在梁3-1荷載步的基礎(chǔ)上增加激活碳纖維預(yù)應(yīng)力荷載步;梁3-5同梁3-4荷載步數(shù)相同，但是先激活碳纖維板及其預(yù)應(yīng)力，后激活疊合層;梁3-6第五荷載步同時(shí)激活疊合層、碳纖維板單元并施加碳纖維板預(yù)應(yīng)力;由車道荷載因子的變化來確定加固后簡支梁和連續(xù)梁加固跨的開裂荷載、鋼筋屈服荷載及極限荷載。

3計(jì)算結(jié)果及分析

3.1簡支梁橋受力性能對(duì)比分析

由圖3可得，梁3-5和梁3-6開裂彎矩相同，梁3-2與梁3-1、梁3-3比較，開裂彎矩分別提高0.1%、0.05%;梁3-5、梁3-6與梁3-4比較，開裂彎矩分別提高0.09%、0.09%。梁3-2和梁3-3鋼筋屈服彎矩相同，梁3-4和梁3-6鋼筋屈服彎矩相同，梁3-2、梁3-3與梁3-1比較，鋼筋屈服彎矩分別提高0.03%、0.03%;梁3-5與梁3-4、梁3-6比較，鋼筋屈服彎矩分別提高0.03%、0.03%。同時(shí)可看出六片簡支梁極限彎矩均相同，六片連續(xù)梁加固跨極限彎矩均相同。

3.2簡支梁橋變形性能對(duì)比分析

由圖4可得，不同加固順序簡支梁的荷載因子-撓度曲線，梁3-1，梁3-2，梁3-3基本一致;梁3-4，梁3-5，梁3-6基本一致。如圖5所示，在跨中彎矩為7270kN·m時(shí)，各簡支梁橋跨中撓度，梁3-2與梁3-1、梁3-3比較，分別降低了0.19mm、0.14mm，降低幅度分別為0.55%、0.41%;梁3-5與梁3-4、梁3-6比較，分別降低了0.13mm、0.09mm，降低幅度分別為0.47%、0.33%。由圖6可得，簡支梁的位移延性系數(shù)，梁3-1與梁3-2、梁3-3比較，分別提高了0.004、0.001，提高幅度分別為0.22%、0.05%;梁3-4與梁3-5、梁3-6比較，分別提高了0.004、0.003，提高幅度分別為0.26%、0.19%。

3.3簡支梁橋裂縫擴(kuò)展對(duì)比分析

3.3.1梁橋裂縫沿梁縱向及梁高方向擴(kuò)展對(duì)比分析

在跨中彎矩為9524kN·m時(shí)，各簡支梁橋裂縫擴(kuò)展如圖7（a～f）所示。

從圖7（a～f）可得，梁3-1、梁3-2、梁3-3比較，梁3-4、梁3-4、梁3-6比較，裂縫擴(kuò)展均無明顯差異，且裂縫沿梁縱向及梁高方向擴(kuò)展幾乎無影響。

3.3.2梁橋裂縫最大寬度對(duì)比分析

在跨中彎矩為9524kN·m時(shí)，各簡支梁橋裂縫最大寬度如表2所示。

由表2可得，簡支梁的裂縫最大寬度，梁3-2與梁3-1、梁3-3比較，分別降低了0.003mm、0.002mm，降低幅度分別為0.42%、0.28%;梁3-5與梁3-4、梁3-6比較，分別降低了0.003mm、0.002mm，降低幅度分別為0.54%、0.36%。同時(shí)加固順序的不同對(duì)梁橋裂縫最大寬度會(huì)產(chǎn)生影響，其中先碳纖維板后增大截面的加固順序效果最好，但影響不大。

4結(jié)論

梁橋在聯(lián)合加固中采用不同的加固順序，對(duì)梁橋開裂彎矩、鋼筋屈服彎矩、結(jié)構(gòu)剛度等有略微提高，而對(duì)梁橋延性、裂縫最大寬度等略微降低，對(duì)梁橋裂縫沿梁縱向及梁高方向擴(kuò)展幾乎無影響，對(duì)梁橋極限彎矩沒有影響。

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