桥梁先张预应力板梁斜截面开裂安全对策分析

□文/李海骢

先张预应力混凝土空心板梁由于构件配筋简单，不需锚具，生产效率高，施工方便快捷，便于流水作业等诸多优点，广泛应用于中小跨径桥梁。但由实际运营的车辆荷载往往超过设计车辆荷载，从而导致板梁开裂等病害，典型的病害是在梁端形成贯通梁底的斜截面裂缝。斜截面破坏具有脆性特征，因此板梁发生斜截面开裂后的安全处置尤为重要[1]。

由于在役开裂梁更换前均需带裂缝工作且开裂的斜截面在底板位置距离梁端盖梁较近，腹板没有加固空间。因此，本文研究了在梁端底部局部采用钢板锚栓加固的方法，分析该方法的实际应用效果。

1 荷载试验

1.1 试验梁

选取某高速公路上替换的1 片原13 m 跨径的先张预应力空心板梁为研究对象。板梁配筋为预应力钢筋，选用预应力钢绞线。箍筋间距：加密段10 cm，非加密段间距20cm。混凝土强度等级C50。见图1和表1-表2。

表1 预应力筋无粘结隔离长度 cm

表2 板梁钢筋

试验前试验梁已存在梁端斜截面裂缝，距梁端1.3 m 贯通梁底，沿斜向延伸至腹板，距顶板6 cm，底板裂缝宽度0.84 mm，腹板裂缝宽度0.74 mm。见图2。

图2 试验梁原有斜截面裂缝

1.2 加固概况

采用钢板锚栓法进行加固：

1）对梁体裂缝进行封闭；

2）在板梁梁端底部跨裂缝粘贴钢板；采用8 mm厚Q235 钢板，压力注胶黏结法粘贴并用M12 螺杆进行锚固。见图3。

图3 加固施

1.3 试验工况

按照JTG/TJ 21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》的规定，静载试验效率

式中：ηq——静载试验效率；

SS——静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力、应力或变位的最大计算效应值；

μ——按规范取用的冲击系数值；

S'——检算荷载产生的同一加载控制截面内力、应力或变位的最不利效应计算值[2]。

试验效率按照控制截面内力等效原则，对试验梁进行梁端剪力工况下的试验加载。见表3和图4。

表3 试验工况及试验效率

图4 试验加载现场

1.4 试验结果

1.4.1 加固前

对板梁进行分级加载，裂缝宽度变化见表4。

表4 梁端原有斜裂缝宽度变化

板梁在试验荷载作用下的挠度结果见表5。

表5 板梁在荷载作用下挠度

表5表明，斜截面开裂后，板梁刚度下降明显。

1.4.2 加固后

对板梁加固后加载及卸载过程有裂缝变化见图5。

图5 板梁加固后裂缝宽度变化

在试验效率为同为0.86 作用下，加固前后的数据对比见图6。

图6 板梁加固前后原有裂缝宽度变化

由图6 可以看出，加固后对原有开裂截面的抗裂性有明显作用。

2 有限元分析

通过MIDAS FEA 有限元软件分析板梁加固前后斜截面薄弱区的应力情况。

2.1 加固前

板梁梁底拉应力最大位置位于距离梁端1.26 m处，拉应力超过C50 混凝土的抗拉强度标准值2.65 MPa。先张板梁的预应力钢筋在梁端为了避免应力集中，分批与混凝土无粘结隔离，处于无应力状态，造成这些区段的受力薄弱。应力峰值位置与实际开裂的位置一致。见图7。

图7 临界荷载作用下的最大应力

预应力钢束的应变出现峰值，对应位置为试验梁的开裂截面，说明梁开裂后主要由钢筋承担拉应力。见图8。

图8 加固前钢束应变模拟结果

2.2 加固后

试验梁在开裂荷载作用下的应力及钢束应变见图9和图10。

图9 开裂截面处的应力

由图9 可以看出，加固后的板梁在开裂荷载作用下，主要由钢板承担拉应力，混凝土的拉应力未超过抗拉强度，部分混凝土单元的拉应力达到抗拉强度。对比图7，说明加固对试验梁的抗裂性及斜截面抗剪承载力的提高效果明显。

图10 加固后钢束应变模拟结果

由图10可以看出，加固后钢束在开裂荷载作用下未出现过大的应变峰值，说明数值模拟的截面未发生开裂。

3 结语

1）板梁梁端斜截面开裂后对承载力有明显影响。

2）在没有条件及时更换板梁的情况下，采取钢板锚栓加固法，对于安全隐患预防有积极的作用。

3）先张板梁的构造特点造成板梁容易在梁端产生受力薄弱截面，今后在设计和预制时应考虑加强。□■