体外预应力加固对钢筋混凝土T梁静力性能影响

■郑学忠

(福建省公路局管理局，福州 350004)

1 工程概况

某大桥上部为17孔20m跨径钢筋混凝土简支T梁，下部构造中桥墩为双柱式墩下配灌注桩基础，桥台为重力式U型配明挖扩大基础。桥面宽度：净9.00+2×1.50m人行道。设计荷载：汽—20，挂—100，人群 3.5kN/m2。外观检查中发现以下一些主要病害：

(1)桥面共出现64处桥面修补后碎裂，最大面积25m2。

(2)全部17跨T梁梁体均出现大量裂缝,总计4102条,缝宽在.08mm～0.30mm之间,裂缝总长3639.61m。其中出现269条贯穿裂缝，10条裂缝超限宽,最大缝宽0.30mm。

(3)全桥共有170个支座中，6个支座表面有裂纹(15%),3个支座剪切变形(7.5%)，最大变形值为1.4cm。矩形板式橡胶支座130个,其中15个支座表面有裂纹(11.5%),2个支座翘曲变形(1.5%),3个支座垫石碎裂(2.3%),2个支座垫石掉块(1.5%)。

从T梁腹板延伸至梁底的裂缝判断，部分裂缝已贯通梁底，此类裂缝为结构受力裂缝，表明该桥所有T梁已进入带裂缝工作阶段，且部分裂缝宽度已超过规范允许的宽度(0.25mm)，说明该桥结构承载能力有可能受损。

2 加固前静力试验

2.1 测试位置及测点布置

该桥为钢筋混凝土简支T梁，全桥T梁腹板均出现竖向和横向裂缝，其中第三跨病害相对较多，因此选择第三跨T梁作为代表T梁。试验中测试第三跨跨中截面各T梁的应变和挠度，截面应变和挠度测点布置如图1所示。

2.2 测试荷载及方法

图1 跨中截面应变和挠度测点布置

该桥设计荷载为：汽－20级，挂－100，人群荷载为3.5kN/m2。本次试验按设计标准活载产生的该试验项目的最不利效应值等效换算，换算所需静力荷载。试验中采用4辆重约31t的三轴载重汽车 (前轴与中轴轴距3.45m，中轴和后轴轴距1.35m)进行加载试验，产生的理论荷载效应和设计荷载效应比较如表1所示。

表1 试验荷载理论效应值与设计荷载理论效应值比较

鉴于该桥外观检查表明梁体已进入带裂缝工作阶段，按钢筋混凝土梁体在正常受弯阶段带裂缝工作理论，在已裂的截面上，梁底混凝土不符合平截面假定原理，因此本次试验中T梁应变以梁底钢筋为准，凿开梁底混凝土后在纵向钢筋上粘贴钢筋应变片。挠度测试在采取在T梁梁底布设电子挠度仪，用静态数据采集仪对数据进行采集。

2.3 静力试验结果

2.3.1 应变测试结果

根据表2绘制各片T梁应变横向分布系数，如图2所示。

表2 加固前应变测试结果

图2 加固前应变横向分布系数趋势图

2.3.2 挠度测试结果

根据表3绘制各片T梁挠度横向分布系数，如图3所示。

表3 加固前挠度测试结果

图3 加固前挠度横向分布系数趋势图

由图2和图3可知，在试验荷载作用下，各片T梁横向分布趋势与刚接梁法计算理论分布趋势一致，表明该桥T梁虽出现了较多的横向和竖向裂缝，但总体横向刚度尚可。

3 加固方案

根据该桥的病害特点以及加固前静力试验情况，设计单位采取了以下加固方案：对各构件存在的裂缝采用裂缝修补胶水进行修补；对主梁正截面抗弯采用无粘结体外预应力进行加固。预应力筋采用单根无粘结钢绞线UPS15.20-1860，护套材料为单层高密度聚乙烯。张拉控制应力为0.6fkp=0.6×1860=1116MPa；拆除原桥桥面铺装(含伸缩缝)，重新施工桥面现浇层。单片T梁体外预应力加固示意图如图4所示。

4 加固后静力试验

4.1 测试位置及荷载

为便于比较，加固后测试断面及测点布置与加固前相同，试验荷载也采用4部重约31t的车辆进行加载。

4.2 试验结果

由表4可知，加固后相同位置T梁钢筋应变较加固前下降30.0%～36.5%，平均下降34%左右。

由表5可知，加固后相同位置T梁跨中挠度较加固前下降32.6%～41.2%，平均下降35%左右，结构刚度显著提高。

图4 单片T梁体外预应力示意图

表4 加固后应变测试结果

表5 加固后挠度测试结果

5 结论

本文通过对一座出现较多梁底横向裂缝和腹板竖向裂缝的普通钢筋混凝土T梁进行了试验分析，采用体外预应力方法对全桥进行加固，并在同一位置采用相同荷载对加固前后T梁的静力性能进行分析，得到以下结论：

(1)尽管该桥T梁梁底和腹板出现了大量的裂缝，单片T梁抗弯能力明显不足，但其实测横向分布系数表明，其横向连接性能与刚接梁法横向连接性性能一致，横向刚度和整体性尚可。

(2)体外预应力加固可显著提高普通钢筋混凝土T梁的刚度。对于相同的等效设计荷载，采用体外预应力对T梁进行加固后，单片T梁钢筋应力下降30.0%～36.5%，平均下降34%左右；T梁跨中挠度较加固前下降32.6%～41.2%，平均下降35%左右。