王茜

摘要：為檢驗(yàn)疊合板加固空心板后疊合層與原構(gòu)件的共同工作性能，以及疊合層中受力鋼筋的利用效率，我們制作四個(gè)鋼筋混凝土空心板縮尺模型，進(jìn)行靜力加載破壞對(duì)比試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：疊合板加固;縮尺模型;靜力加載破壞試驗(yàn)

0???? 概述

隨著交通量的迅猛增長(zhǎng)以及車(chē)輛的超載運(yùn)行，許多早期修建的中小跨徑鋼筋混凝土空心板橋梁的承載能力正經(jīng)受著巨大的考驗(yàn)，有的已經(jīng)出現(xiàn)了各種病害，亟待維修改造。疊合板加固法能否廣泛應(yīng)用到這一方面也是我們研究的目的之一。

1???? 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1? 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)對(duì)象為空心板縮尺試件，編號(hào)為至RCB-4，試件長(zhǎng)4200mm，寬800mm，高200mm。構(gòu)件RCB-1即相當(dāng)于加固前的空心板，原構(gòu)件及疊合層混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。原結(jié)構(gòu)受拉區(qū)配置9 根18mmHRB400鋼筋，配筋率1.75%; 受壓區(qū)配置2 根12mmHRB400鋼筋和1 根18mmHRB400鋼筋作為架立筋。疊合層厚度為120mm，下部配置7 根18mmHRB400鋼筋; 受壓區(qū)配置1 根18mmHRB400鋼筋和 2根12mmHRB400鋼筋作為架立筋。原結(jié)構(gòu)與疊合層內(nèi)的箍筋全部采用6mmHPB235鋼筋，箍筋間距100mm，在靠近支座400mm范圍內(nèi)箍筋間距加密至50mm。RCB-1作為對(duì)照構(gòu)件，只包含未加固的原結(jié)構(gòu);RCB-2包含原結(jié)構(gòu)與疊合層，但疊合面沒(méi)有任何構(gòu)造措施，且在澆筑完原結(jié)構(gòu)混凝土后在其上覆蓋了一層塑料膜再澆筑疊合層，使原結(jié)構(gòu)和疊合層之間完全分離;RCB-3包含原結(jié)構(gòu)與疊合層，疊合面采取人工鑿毛并植抗剪鋼筋;RCB-4包含原結(jié)構(gòu)與疊合層，疊合面構(gòu)造措施與RCB-3相同，但疊合層受拉區(qū)和受壓區(qū)均只配置3 根12mmHRB400鋼筋。

1.2? 加載方案

試件約束條件為兩端簡(jiǎn)支，由一臺(tái)千斤頂進(jìn)行豎向靜力加載，通過(guò)分配梁實(shí)現(xiàn)跨中兩點(diǎn)對(duì)稱(chēng)加載，加載點(diǎn)間距1200mm，兩加載點(diǎn)之間為純彎段。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

表2 列出了試件RCB-1～RCB-4的主要試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。開(kāi)裂彎矩Mcr表示受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)第一條裂縫時(shí)的跨中彎矩;屈服彎矩My表示底部縱筋達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)的跨中彎矩;極限彎矩Mu表示試件能夠承受的最大彎矩。δu、δy分別表示對(duì)應(yīng)于Mu、My時(shí)的跨中撓度。

3計(jì)算分析

3.1? 基本假定

1）??? 構(gòu)件彎曲后，其截面仍保持為平面。

2）??? 截面受壓混凝土的應(yīng)力圖形簡(jiǎn)化為矩形，其壓力強(qiáng)度取根據(jù)實(shí)測(cè)值計(jì)算得到的軸心抗壓強(qiáng)度平均值;截面受拉混凝土的強(qiáng)度不考慮。

3）??? 極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)鋼筋應(yīng)力取實(shí)測(cè)的屈服強(qiáng)度。

4）??? 鋼筋應(yīng)力等于鋼筋應(yīng)變與其彈性模量的乘積，但不大于實(shí)測(cè)的屈服強(qiáng)度。

5）??? 混凝土的極限壓應(yīng)變?nèi)?.0033。

6）??? 對(duì)RCB-2按兩個(gè)截面分別計(jì)算，最終取上下兩部分之和;對(duì)RCB-3和RCB-4按加固后的整體截面計(jì)算其極限承載力，再驗(yàn)算疊合面抗剪。

3.2? 疊合面抗剪驗(yàn)算

RCB-3與RCB-4的疊合面構(gòu)造相同，按照規(guī)范方法計(jì)算其抗剪能力。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，荷載直接取試驗(yàn)中實(shí)測(cè)的較大值，即RCB-3的極限荷載所對(duì)應(yīng)的最大剪力，而混凝土強(qiáng)度取二者的較小值。則根據(jù)計(jì)算，承載能力極限狀態(tài)下RCB-3與RCB-4均不會(huì)發(fā)生疊合面破壞。與試驗(yàn)現(xiàn)象相符合。

3.3? 正截面抗彎承載力計(jì)算

將計(jì)算結(jié)果Mcal與試驗(yàn)結(jié)果Mu比較如下，同時(shí)列出了試驗(yàn)測(cè)得的屈服彎矩My。

*將原結(jié)構(gòu)中全部鋼筋和疊合層中下部鋼筋都作為受拉鋼筋考慮

從表3 可以發(fā)現(xiàn)，極限抗力的計(jì)算值普遍小于試驗(yàn)實(shí)測(cè)值，誤差最大達(dá)到了35%左右。造成計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間差距的原因可能有：

1）??? 鋼筋在應(yīng)變較大時(shí)產(chǎn)生了強(qiáng)化，而這一部分在上述計(jì)算過(guò)程中無(wú)法考慮。從表3 可以看出極限抗力的計(jì)算值與實(shí)測(cè)的屈服彎矩比較接近。進(jìn)一步可以看出，計(jì)算得到的RCB-1、RCB-3、RCB-4的承載力都略小于實(shí)測(cè)的屈服彎矩，但RCB-2恰好相反，這是因?yàn)橛?jì)算值是上下兩部分在計(jì)算假定的極限狀態(tài)下的荷載之和，而實(shí)測(cè)的屈服彎矩對(duì)應(yīng)的是RCB-2原結(jié)構(gòu)鋼筋開(kāi)始屈服時(shí)刻的荷載，此時(shí)疊合層鋼筋還未屈服。

2）??? 試件本身高度較小，實(shí)際制作過(guò)程中的加工誤差相比整個(gè)試件的尺寸而言較大，導(dǎo)致內(nèi)力臂增大，增大了極限承載力。

3）??? 計(jì)算方法本身在受壓鋼筋沒(méi)有達(dá)到屈服的條件下將內(nèi)力臂設(shè)為受拉鋼筋合力點(diǎn)與受壓鋼筋合力點(diǎn)間的距離，實(shí)際上是偏于保守的。實(shí)際的受壓區(qū)合力作用點(diǎn)應(yīng)該在受壓鋼筋合力點(diǎn)與混凝土矩形應(yīng)力區(qū)合力點(diǎn)之間，因此實(shí)際的內(nèi)力臂應(yīng)該略大于受拉與受壓鋼筋合力點(diǎn)間的距離。

4結(jié)論

本文進(jìn)行了試驗(yàn)研究與基本理論分析，詳細(xì)對(duì)比了幾種加固思路的不同，用基本理論和試驗(yàn)事實(shí)證明：疊合板加固法是可靠的，但要將疊合加固技術(shù)的效率提高到最大，一定要形成整體截面共同工作。主要結(jié)論為：

（1）???? 按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行疊合加固后構(gòu)件的最終承載能力遠(yuǎn)大于原結(jié)構(gòu)與疊合層承載力的簡(jiǎn)單相加。

（2）???? 按照疊合層單獨(dú)受力而設(shè)計(jì)的加固方案效率較低。

（3）???? 整體截面受力時(shí)疊合層中的配筋不能充分發(fā)揮承載能力。在疊合層中設(shè)置較多受力鋼筋，能夠在一定程度上提升疊合加固構(gòu)件屈服后的承載能力、增加安全儲(chǔ)備，但增長(zhǎng)幅度較小。

（4）???? 疊合面構(gòu)造措施充分的條件下，疊合層底部增加鋼筋帶來(lái)的承載力提升較小，可省去疊合層底部不必要的受力鋼筋，同樣可以得到較好的加固效果，同時(shí)減少用鋼量。

（5）???? 這種加固方法應(yīng)首先滿足空心板施工階段的受力要求，同時(shí)，它必然增加了下部結(jié)構(gòu)的荷載，因此，下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的驗(yàn)算是應(yīng)該的。

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