施工顺序对粘贴钢板加固效果的影响研究

张弋强, 施 智, 张红日

(1.广西交通科学研究院, 广西 南宁 530007; 2.华东交通大学, 江西 南昌 330013 3.广西旧桥检测加固技术中心，广西 南宁 530007; 4.长沙理工大学, 湖南 长沙 410114)



施工顺序对粘贴钢板加固效果的影响研究

张弋强1,2, 施 智1,3, 张红日1,4

(1.广西交通科学研究院, 广西 南宁 530007; 2.华东交通大学, 江西 南昌 330013 3.广西旧桥检测加固技术中心，广西 南宁 530007; 4.长沙理工大学, 湖南 长沙 410114)

僚田小桥为整体现浇空心板梁桥，为研究该桥在不同的施工顺序下的粘贴钢板的加固效果，采用Midas Civil建立全桥计算模型，分析该桥的静力性能及钢板对结构抗弯能力的提高。结果表明：在外界条件不改变的情况下，粘贴钢板的加固效果关键在于粘贴钢板前对原构件荷载的卸载顺序及卸载大小，卸载越多，加固效果越好。

有限元；施工顺序；粘贴钢板；加固

粘贴钢板是针对在使用荷载下受拉钢筋配置偏少时较适合的加固方法，作用机理是采用黏结剂将钢板粘贴在结构构件的受拉部位或薄弱区，形成整体共同承受荷载，因其不增加恒载、施工方便快捷、便于安装、能较为充分的发挥钢板强度高、塑性好等特点而被设计者所重视。利用这些特点使之与原结构形成共同受力的整体，提高其抗弯、抗剪能力及刚度，改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝及病害的进一步发展，进而提高桥梁的承载能力与耐久性。

基于钢板加固属于被动加固，其只承受粘贴加固后的荷载产生的应力，只有在原受拉钢筋屈服后，新增钢板的应力、应变才会迅速增加。因而，粘贴钢板前后荷载的变化情况对加固效应的发挥起着关键作用。该文结合桂林至柳州高速公路僚田小桥加固设计方案，对整体空心板受力进行详细分析，对加固的有效性、合理性进行评估分析。

1 工程概况

僚田小桥位于桂林-柳州高速公路K2485+276处。桥幅为分离式，左右幅桥面宽均为11.95 m，桥梁全长28.30 m(见图1)。上构为1×16.00 m简支普通钢筋混凝土整体空心板。桥台均为重力式U型桥台、扩大基础。桥面铺装层为18 cm混凝土桥面铺装层，护栏为钢筋混凝土防撞墙，伸缩缝为异型钢伸缩缝。

随着运输量的不断增大，尤其是超载超限车辆的增加，导致该桥老化破损，处于“带病”工作状态，对行车安全造成极大威胁，因而对其进行加固改造就显得尤为紧迫。

图1 僚田小桥概貌

2 桥梁病害说明

僚田小桥运营多年,超载车辆通行频繁,对桥梁造成极大的损害。现场检测后发现僚田小桥上部承重构件主要存在以下几点病害:

整体空心板板底有28道横向裂缝、6道纵向裂缝，部分裂缝泛碱，但裂缝均未超过规范限宽，有3处混凝土蜂窝，6处混凝土剥落、露筋，4处混凝土空洞、露筋，1处渗水、泛碱。

可以看出，在板底均有纵向、横向裂缝存在，但横向裂缝数量远多于纵向裂缝，说明其裂缝的出现并不是偶然的，而是具有很强的规律性。同时横向裂缝的大量出现表明整体空心板桥的承载能力不足、老化、破损严重，很有必要对其进行加固。

3 有限元分析模型

图2 主拱圈横截面示意图

本文采用空间有限元软件Midas Civil 2010进行研究。模型采用等效梁格单元，共计209个节点，346个单元(见图2)。材料特性：全桥均为C25混凝土，横向联系梁单元不计容重。恒载考虑自重及一期恒载和二期恒载，一期恒载以原桥的18 cm厚桥面铺装进行加载，二期恒载以桥面铺装改造后加铺的5 cm沥青混凝土进行加载。活载采用车道荷载，荷载等级为公路Ⅰ级，按双车道加载，不考虑人行荷载。共设置22个弹性支座。

4 结构计算分析

4.1 整体空心板活载-弯矩分析

整体空心板的横向弯矩主要是由活载扭矩所引起，因而其弯矩值相较于纵向弯矩较小。图3、图4分别为横桥向及纵桥向在活载作用下各自的内力分布模型图。

图3 板底横桥向弯矩分布模型图

图4 板底纵桥向弯矩分布模型图

由计算可知，在活载作用下，其横向弯矩值只占纵向弯矩值的4.4%，其横桥向结构自身配筋能满足荷载要求。因而本次主要分析纵桥向粘贴钢板加固，取单宽1.05 m的空心板作为钢板加固计算模型(见图5、图6)。

图5 空心板尺寸及配筋示意图

图6 截面等效计算示意图

4.2 粘贴钢板计算

钢筋混凝土受弯构件粘贴钢板加固计算的前提条件是截面应变分布仍符合平截面假定，保证钢板与原构件变形协调一致，不发生因粘贴面的剥离而出现破坏。既进行各阶段各材料的应力强度计算，也进行承载能力极限状态的承载能力计算。

钢筋混凝土受弯构件粘贴钢板加固计算分为两个阶段：第一个阶段是在粘贴钢板前结构的内力及应力情况；第二阶段是在粘贴钢板后结构的内力及应力情况。不同施工顺序组合下其加固钢板应力不同。

受弯构件正截面加固计算公式为

混凝土受压区高度计算公式为

加固钢板的拉应变计算公式为

4.3 结构荷载加载、卸载顺序组合说明

按不同的施工顺序得出不同的板单元内力，采取三种施工顺序组合形式(见图7～图10)。

组合一： 凿除原桥18 cm厚的桥面铺装及附属构造图，然后在板底粘贴钢板，粘贴施工完毕后再重新浇筑桥面铺装，浇筑的桥面铺装厚度为18 cm+5 cm，最后通车检验。

组合二： 不凿除原桥18 cm厚的桥面铺装及附属构造，直接在板底粘贴钢板，粘贴施工完毕后浇筑加铺的5 cm厚桥面铺装，最后通车检验。

组合三： 不凿除原桥18 cm厚的桥面铺装及附属构造，先施工浇筑加铺的5 cm厚桥面铺装，然后在板底粘贴钢板，粘贴施工完毕后通车检验。

图7 组合一弯矩内力模型图

图8 组合二弯矩内力模型图

图9 组合三弯矩内力模型图

图10 最后成桥恒载+活载弯矩内力模型图

根据受弯构件正截面加固计算公式，分别计算出不同施工顺序组合下钢板的应力及相应的弯矩提高百分比。具体数值详见表1。

表1 不同荷载组合下弯矩值

5 结语

(1) 通过Midas/Civil有限元软件采用梁格法计算得出整体现浇空心板纵向弯矩远大于横向弯矩，是加固设计的控制点。

(2) 在粘贴钢板前对原构件加载或卸载的顺序和大小直接影响到粘贴钢板的加固效果，前期卸载越多，粘贴钢板的加固效果越好。

(3) 只有在原构件内力发展到一定阶段后，所粘贴的钢板才能发挥作用，属于被动加固，有一定的局限性。

(4)原截面所配的受拉钢筋是粘贴钢板加固设计的控制性因素。

[1]邬晓光，白青侠，雷字学.公路桥梁加固设计规范应用计算示例[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 姜震，朱宜琛，吴永胜.整体式板桥静力荷载试验及计算方法研究[J].森林工程，2012，28(4):47-50.

[3] JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4] JTG/TJ22-2008.公路桥梁加固设计规范[S].

[5] 单成林.旧桥加固设计原理及计算示例[M].北京：人民交通出版社，2011.

Impact of construction sequence on bonding steel reinforcement effects

ZHANG Yi-qiang1,2, SHI Zhi1,3, ZHANG Hong-ri1,4

(1.GuangxiTransportResearchInstitute,Nanning530007,China;2.EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China;3.GuangxiExaminationandConsolidationofOldBridgeTechnicalCenter,Nanning530007,China;4.ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410114,China)

The Liaotian Bridge is a integral cast in-situ hollow plate girder bridge. To study the strengthening effect of pasting steel plate under the differents influence of construction of the bridge, MIDAS Civil was used to build the calculation model and analyze the static behavior of the bridge and the improvement factor of structural bending by steel. The calculated results show that without changing the external conditions, the key to the reinforcing effect of plastering steel plate is sequence of unloading and the size of unloading on the original component before pasting steel plate, unloading more, batter reinforcement effect.

finite element; construction sequence; bonding steel plate; reinforcement

2015-02-09

张弋强(1983-)，男，江西上饶人，硕士，工程师。

1674-7046(2015)02-0036-04

10.14140/j.cnki.hncjxb.2015.02.008

TU746.3

A