□文/李海驄

先張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁由于構(gòu)件配筋簡(jiǎn)單，不需錨具，生產(chǎn)效率高，施工方便快捷，便于流水作業(yè)等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中小跨徑橋梁。但由實(shí)際運(yùn)營(yíng)的車(chē)輛荷載往往超過(guò)設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載，從而導(dǎo)致板梁開(kāi)裂等病害，典型的病害是在梁端形成貫通梁底的斜截面裂縫。斜截面破壞具有脆性特征，因此板梁發(fā)生斜截面開(kāi)裂后的安全處置尤為重要[1]。

由于在役開(kāi)裂梁更換前均需帶裂縫工作且開(kāi)裂的斜截面在底板位置距離梁端蓋梁較近，腹板沒(méi)有加固空間。因此，本文研究了在梁端底部局部采用鋼板錨栓加固的方法，分析該方法的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 荷載試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)梁

選取某高速公路上替換的1 片原13 m 跨徑的先張預(yù)應(yīng)力空心板梁為研究對(duì)象。板梁配筋為預(yù)應(yīng)力鋼筋，選用預(yù)應(yīng)力鋼絞線。箍筋間距：加密段10 cm，非加密段間距20cm。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50。見(jiàn)圖1和表1-表2。

表1 預(yù)應(yīng)力筋無(wú)粘結(jié)隔離長(zhǎng)度 cm

表2 板梁鋼筋

試驗(yàn)前試驗(yàn)梁已存在梁端斜截面裂縫，距梁端1.3 m 貫通梁底，沿斜向延伸至腹板，距頂板6 cm，底板裂縫寬度0.84 mm，腹板裂縫寬度0.74 mm。見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)梁原有斜截面裂縫

1.2 加固概況

采用鋼板錨栓法進(jìn)行加固：

1）對(duì)梁體裂縫進(jìn)行封閉；

2）在板梁梁端底部跨裂縫粘貼鋼板；采用8 mm厚Q235 鋼板，壓力注膠黏結(jié)法粘貼并用M12 螺桿進(jìn)行錨固。見(jiàn)圖3。

圖3 加固施

1.3 試驗(yàn)工況

按照J(rèn)TG/TJ 21—2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》的規(guī)定，靜載試驗(yàn)效率

式中：ηq——靜載試驗(yàn)效率；

SS——靜力試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最大計(jì)算效應(yīng)值；

μ——按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值；

S'——檢算荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最不利效應(yīng)計(jì)算值[2]。

試驗(yàn)效率按照控制截面內(nèi)力等效原則，對(duì)試驗(yàn)梁進(jìn)行梁端剪力工況下的試驗(yàn)加載。見(jiàn)表3和圖4。

表3 試驗(yàn)工況及試驗(yàn)效率

圖4 試驗(yàn)加載現(xiàn)場(chǎng)

1.4 試驗(yàn)結(jié)果

1.4.1 加固前

對(duì)板梁進(jìn)行分級(jí)加載，裂縫寬度變化見(jiàn)表4。

表4 梁端原有斜裂縫寬度變化

板梁在試驗(yàn)荷載作用下的撓度結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 板梁在荷載作用下?lián)隙?/p>

表5表明，斜截面開(kāi)裂后，板梁剛度下降明顯。

1.4.2 加固后

對(duì)板梁加固后加載及卸載過(guò)程有裂縫變化見(jiàn)圖5。

圖5 板梁加固后裂縫寬度變化

在試驗(yàn)效率為同為0.86 作用下，加固前后的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖6。

圖6 板梁加固前后原有裂縫寬度變化

由圖6 可以看出，加固后對(duì)原有開(kāi)裂截面的抗裂性有明顯作用。

2 有限元分析

通過(guò)MIDAS FEA 有限元軟件分析板梁加固前后斜截面薄弱區(qū)的應(yīng)力情況。

2.1 加固前

板梁梁底拉應(yīng)力最大位置位于距離梁端1.26 m處，拉應(yīng)力超過(guò)C50 混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.65 MPa。先張板梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋在梁端為了避免應(yīng)力集中，分批與混凝土無(wú)粘結(jié)隔離，處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，造成這些區(qū)段的受力薄弱。應(yīng)力峰值位置與實(shí)際開(kāi)裂的位置一致。見(jiàn)圖7。

圖7 臨界荷載作用下的最大應(yīng)力

預(yù)應(yīng)力鋼束的應(yīng)變出現(xiàn)峰值，對(duì)應(yīng)位置為試驗(yàn)梁的開(kāi)裂截面，說(shuō)明梁開(kāi)裂后主要由鋼筋承擔(dān)拉應(yīng)力。見(jiàn)圖8。

圖8 加固前鋼束應(yīng)變模擬結(jié)果

2.2 加固后

試驗(yàn)梁在開(kāi)裂荷載作用下的應(yīng)力及鋼束應(yīng)變見(jiàn)圖9和圖10。

圖9 開(kāi)裂截面處的應(yīng)力

由圖9 可以看出，加固后的板梁在開(kāi)裂荷載作用下，主要由鋼板承擔(dān)拉應(yīng)力，混凝土的拉應(yīng)力未超過(guò)抗拉強(qiáng)度，部分混凝土單元的拉應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度。對(duì)比圖7，說(shuō)明加固對(duì)試驗(yàn)梁的抗裂性及斜截面抗剪承載力的提高效果明顯。

圖10 加固后鋼束應(yīng)變模擬結(jié)果

由圖10可以看出，加固后鋼束在開(kāi)裂荷載作用下未出現(xiàn)過(guò)大的應(yīng)變峰值，說(shuō)明數(shù)值模擬的截面未發(fā)生開(kāi)裂。

3 結(jié)語(yǔ)

1）板梁梁端斜截面開(kāi)裂后對(duì)承載力有明顯影響。

2）在沒(méi)有條件及時(shí)更換板梁的情況下，采取鋼板錨栓加固法，對(duì)于安全隱患預(yù)防有積極的作用。

3）先張板梁的構(gòu)造特點(diǎn)造成板梁容易在梁端產(chǎn)生受力薄弱截面，今后在設(shè)計(jì)和預(yù)制時(shí)應(yīng)考慮加強(qiáng)?！酢?/p>