预应力空心板梁不同加固方式下加固效果试验对比研究

丁博

摘 要：预制空心板梁桥因具有成本低、施工速度快等优点，在国省道中被广泛应用。然而，此类桥梁在实际使用过程中，不可避免的存在铰缝破坏的情况，造成各梁板受力不均，甚至出现单板受力的情况。为了保证国省道的畅通及桥梁的运营安全，急需对此类桥梁进行修复与加固。以一座5跨简支空心板梁桥为实例，介绍分析了该桥采用的横向加固方法，并进行现场试验，从荷载横向分布系数及挠度的角度对比分析了不同加固措施的加固效果，为今后此类桥梁在加固措施的选择上提供了可靠的依据。

关键词：预制空心板梁桥；横向联系；铰缝；加固；横向分布系数

1 横向加固技术分析

1.1工程概况

目前，国内针对空心板梁桥铰缝破坏主要采用的修复方法为加强横向联系，常用的方法有：横向钢梁法、横向预应力钢丝绳法等[5]。这些方法使空心板连接成整体，共同受力，且施工简单快速，对交通几乎没有影响，因此被大量采用。本文以一座5跨简支预应力空心板梁桥为例，利用现场试验对不同加固方式的加固效果进行了对比研究。

1.2横向钢梁法加固

1.2.1横向钢梁加固法原理

横向钢梁法是在预应力空心板梁底部横向锚固钢横梁，与梁板构成整体，共同受力。加固后，预应力空心板梁之间横向传力特性由铰接转化为刚接，这样铰缝在横向就能承受一定量级的横向弯矩，可以使汽车荷载在各片梁板之间的横向分布更趋于均匀，同时增设的钢横梁及钢横梁间的纵向预应力钢丝绳也可一定程度上提高梁板底部受拉区的抗弯性能，并控制裂缝的发展。

1.2.2钢横梁布置方法

经过以上的分析，采用钢横梁加固后的空心板梁桥应当采用刚性横梁法计算横向分布系数，因此，利用钢横梁的刚度与横向分布之间的关系就可以确定钢横梁的布设方式。

（1）利用铰接板法计算原空心板梁桥的荷载横向分布系数，以降低横向分布系数最大值及保证横向分布系数均匀为目标确定调整值；

（2）初步拟定钢横梁布置数量及间距；

（3）根据面内刚度等效原则将钢横梁等效为混凝土截面；

（4）利用刚接板梁法计算荷载横向分布系数，与预期要求进行对比，若满足要求，则确定加固方案，若不满足，调整间距或钢梁数量，重复计算分析，直至满足要求。

1.3横向预应力加固

1.3.1横向预应力加固法原理

横向预应力加固法主要解决了铰缝抗剪强度不够的问题，同时能够承受一定的横向弯矩，将空心板之间的横向传力特性由铰接转化为刚接。

与混凝土质量及施工因素相比较，新老混凝土之间的粘结力和摩阻力（摩阻力=摩阻系数×垂直力）是影响铰缝抗剪强度的主要因素。因此，施加横向预应力（即梁板间横向垂直力）可以较大幅度的提高空心板间铰缝的抗剪强度。

1.3.2横向预应力布置原则

在横向预应力加固法的实施中，布置横向预应力一般需遵循以下原则：

（1）预应力空心板梁桥增设的横向预应力在梁板间铰缝位置处会生成消压弯矩，可以抵消汽车活载作用下产生的横向弯矩；

（2）无外力作用时，由横向预应力产生的预应力空心板梁桥桥面铺装上缘最大拉应力不应大于混凝土抗拉强度的二分之一；

（3）增设的横向预应力在预应力空心板梁桥铰缝截面处的摩擦抗剪承载力必须大于铰缝剪力的最不利设计值；

（4）横向预应力在边铰缝截面处产生的预压应力连续分布。

2 试验结果分析

2.1试验方案简述

该桥为跨简支空心板梁桥，每跨跨中为最不利截面，因此将应变及挠度测点布置在跨中截面，同时在梁端布置挠度测点抵消墩頂沉降的影响。

通过理论计算分析，每跨共需要两辆重30吨的载重卡车，横向轮间距1.8m，分为左偏载、中载及右偏载三个工况进行加载试验。通过对各梁板的应变、挠度及荷载横向分布系数的分析对比，评估各跨加固后的工作性能并分析不同加固方式的优劣。

2.2小结

（1）第三跨7#梁板数据在三个工况下均偏小，是由于现场测试误差引起，在分析中可忽略。

（2）在左偏载工况下，第一跨（2道横向槽钢和3根预应力纵向钢丝绳）的荷载横向分布系数及挠度在第4、5片梁板间的有较大突变；第二跨（5根钢板）的荷载横向分布系数及挠度在第4、5、6片梁板间的变化不均匀，说明这两种加固方法的荷载传递能力不佳；第三跨（横向预应力加固法）和第四跨（5根横向槽钢加固）的荷载横向分布系数及挠度的变化相对均匀。

3结论

根据现场试验结果可以得到以下结论：

（1）第一跨（2道横向槽钢和3根预应力纵向钢丝绳）和第二跨（5根钢板）所采取的加固方法所提供的横向抗弯能力不足，在汽车荷载作用下，局部变形较大，荷载在梁板间的传递不均匀；

（2）第三跨（横向预应力加固法）和第四跨（5根横向槽钢加固）的加固方法则分别提供了足够的抗剪能力和横向抗弯能力，因此第三跨及第四跨的荷载横向分布系数及挠度在横向的分布均比较均匀；

（3）从第二跨与第三跨的对比结果可知，在钢板数量及间距相同的情况下，钢板的刚度越大，加固效果越好；

（4）从第三跨与其他三跨的对比结果可知，横向预应力加固法要优于横向钢梁加固法。

参考文献

[1] 云清. 2015年交通运输行业发展统计公报（公路部分）[J]. 商用汽车，2016（6）.

[2] 魏明光，李国平. 预制装配式空心板梁桥横向连接方式的比较[J]. 结构工程师，2012，28（5）：25-30.