预应力混凝土T梁桥加固方法对比分析

2018-09-22钱竹

智能城市 2018年16期

钱竹

长沙市规划设计院有限责任公司，湖南长沙 410007

随着中国的快速化发展，交通运输行业作为基础产业发展突飞猛进。中国桥梁数量已然跃居第一[1]。经过数十年的运营，部分桥梁出现承载力下降、裂缝等病害。为保证结构的安全，桥梁加固不可或缺。根据实际也不少加固方法的研究，本文在前人研究理论的基础上，依托某20mT梁桥，利用有限元分析，对采用增大截面法、粘贴碳纤维法、粘贴钢板加固法后结构响应问题进行定性分析，对比分析采用以上几种方法后结构刚度、延性及抗裂性能的变化。

1 常用加固方法

1.1 增大截面法

增大加固法，在原受弯构件的部分区域新浇筑一层混凝土并补加相应的钢筋，目的是提高原构件承载能力。加固处理的位置通常是受力比较明显的地方：跨中受拉区和梁顶受压区，针对这两个部位，一般采用加大梁肋高度和厚度，加厚桥面板的方式处理。通过提高刚度达到补强的效果。

1.2 粘贴碳纤维加固法

碳纤维加固碳纤维布和碳纤维板加固。与增大截面或粘钢补相比，具有节省空间、施工简便、施工质量易保证、耐腐蚀、耐久性好等特点。主要工作原理是将复合增强材料，通过环氧树脂粘结剂，补强于结构受拉方向或垂直于裂缝的方向，使之形成一个新复合结构，使两者共同受力增大结构的抗剪或抗裂性能，从而提高结构的强度、刚度、抗裂性及延伸性。

结合其原理，该方法主要适用于混凝土梁板、板桥的抗剪和抗弯加固。钢筋严重锈蚀的旧桥，加固效果显著。因其抗剪修复能力强，墩柱的抗剪、抗压补强，经常采用此方法。

1.3 粘贴钢板加固法

粘钢加固是利用高性能环氧类粘结剂将钢板粘结于混凝土构件表面，使两者形成统一的整体，利用钢板的抗拉性能来增强构件承载能力及刚度的一种加固方法。主要适用于受弯及受拉构件。

2 有限元建模

本文以某20mT梁桥为例，T梁高1.4m，两片梁间距2.0m，腹板宽0.18m，端部增至0.54m。T梁纵横向尺寸示意图如图1、2所示。

图1 T梁纵向尺寸

图2 T梁截面尺寸

2.1 有限元模型

利用有限元分析软件ANSYS建立正常使用状况（未加固）下的T梁有限元模型（如图3），混凝土单元使用SOLID65。之后建立使用碳纤维加固、粘贴钢板加固、增大截面加固后的有限元模型（基于ANSYS的结构粘钢加固分析，粘贴碳纤维加固混凝土板桥ANSYS仿真计算分析）。定义碳纤维单层为0.15mm，分别建立单层、双层及三层碳纤维加固的T梁模型，碳纤维加固位置为梁底加固，碳纤维单元采用SHELL41；定义厚度分别为4、6、8mm钢板，粘贴钢板加固为梁底加固，钢板单元采用SOLID45单元；采用增大截面法进行T梁加固时，本文采用上表面加固。采用Solid45单元模拟支座及预应力锚固垫板。

图3 T梁有限元模型图

为得到梁开裂初期及破坏阶段的有效数据，本文通过调整荷载步数，控制收敛精度为5%以内，得到收敛数据如表1所示。

表1 加载步数

3 加固方案对比分析

3.1 加固后结构极限承载能力分析（见图4）

图4 极限弯矩对比

分别建立粘贴单层、双层、三层碳纤维的T梁加固模型，粘贴4、6、8mm钢板T梁加固模型，增大上表面15cm钢筋混凝土结构T梁加固模型，对加固后结构极限承载能力进行计算分析，如图4所示。

如图4表明：（1）粘贴碳纤维对结构的极限承载能力有较大提高，但碳纤维的厚度对承载能力的增加幅度不明显，从单层到三层，极限弯矩仅提高了1.2%。（2）粘贴钢板的厚度决定了承载能力提高的幅度。（3）采用增加截面法加固T梁桥，加固后极限承载力为6020.74kN·m（图中未示出），强度相对提高9.91%。