叠合板加固钢筋混凝土空心板桥梁研究

王茜

摘要：为检验叠合板加固空心板后叠合层与原构件的共同工作性能，以及叠合层中受力钢筋的利用效率，我们制作四个钢筋混凝土空心板缩尺模型，进行静力加载破坏对比试验。

关键词：叠合板加固;缩尺模型;静力加载破坏试验

0     概述

随着交通量的迅猛增长以及车辆的超载运行，许多早期修建的中小跨径钢筋混凝土空心板桥梁的承载能力正经受着巨大的考验，有的已经出现了各种病害，亟待维修改造。叠合板加固法能否广泛应用到这一方面也是我们研究的目的之一。

1     试验方案设计

1.1  试验方案设计

试验对象为空心板缩尺试件，编号为至RCB-4，试件长4200mm，宽800mm，高200mm。构件RCB-1即相当于加固前的空心板，原构件及叠合层混凝土强度等级均为C30。原结构受拉区配置9 根18mmHRB400钢筋，配筋率1.75%; 受压区配置2 根12mmHRB400钢筋和1 根18mmHRB400钢筋作为架立筋。叠合层厚度为120mm，下部配置7 根18mmHRB400钢筋; 受压区配置1 根18mmHRB400钢筋和 2根12mmHRB400钢筋作为架立筋。原结构与叠合层内的箍筋全部采用6mmHPB235钢筋，箍筋间距100mm，在靠近支座400mm范围内箍筋间距加密至50mm。RCB-1作为对照构件，只包含未加固的原结构;RCB-2包含原结构与叠合层，但叠合面没有任何构造措施，且在浇筑完原结构混凝土后在其上覆盖了一层塑料膜再浇筑叠合层，使原结构和叠合层之间完全分离;RCB-3包含原结构与叠合层，叠合面采取人工凿毛并植抗剪钢筋;RCB-4包含原结构与叠合层，叠合面构造措施与RCB-3相同，但叠合层受拉区和受压区均只配置3 根12mmHRB400钢筋。

1.2  加载方案

试件约束条件为两端简支，由一台千斤顶进行竖向静力加载，通过分配梁实现跨中两点对称加载，加载点间距1200mm，两加载点之间为纯弯段。

2试验结果分析

表2 列出了试件RCB-1～RCB-4的主要试验结果数据。开裂弯矩Mcr表示受拉区混凝土出现第一条裂缝时的跨中弯矩;屈服弯矩My表示底部纵筋达到屈服应变时的跨中弯矩;极限弯矩Mu表示试件能够承受的最大弯矩。δu、δy分别表示对应于Mu、My时的跨中挠度。

3计算分析

3.1  基本假定

1）    构件弯曲后，其截面仍保持为平面。

2）    截面受压混凝土的应力图形简化为矩形，其压力强度取根据实测值计算得到的轴心抗压强度平均值;截面受拉混凝土的强度不考虑。

3）    极限状态计算时钢筋应力取实测的屈服强度。

4）    钢筋应力等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于实测的屈服强度。

5）    混凝土的极限压应变取0.0033。

6）    对RCB-2按两个截面分别计算，最终取上下两部分之和;对RCB-3和RCB-4按加固后的整体截面计算其极限承载力，再验算叠合面抗剪。

3.2  叠合面抗剪验算

RCB-3与RCB-4的叠合面构造相同，按照规范方法计算其抗剪能力。为简便起见，荷载直接取试验中实测的较大值，即RCB-3的极限荷载所对应的最大剪力，而混凝土强度取二者的较小值。则根据计算，承载能力极限状态下RCB-3与RCB-4均不会发生叠合面破坏。与试验现象相符合。

3.3  正截面抗弯承载力计算

将计算结果Mcal与试验结果Mu比较如下，同时列出了试验测得的屈服弯矩My。

*将原结构中全部钢筋和叠合层中下部钢筋都作为受拉钢筋考虑

从表3 可以发现，极限抗力的计算值普遍小于试验实测值，误差最大达到了35%左右。造成计算值与实测值之间差距的原因可能有：

1）    钢筋在应变较大时产生了强化，而这一部分在上述计算过程中无法考虑。从表3 可以看出极限抗力的计算值与实测的屈服弯矩比较接近。进一步可以看出，计算得到的RCB-1、RCB-3、RCB-4的承载力都略小于实测的屈服弯矩，但RCB-2恰好相反，这是因为计算值是上下两部分在计算假定的极限状态下的荷载之和，而实测的屈服弯矩对应的是RCB-2原结构钢筋开始屈服时刻的荷载，此时叠合层钢筋还未屈服。

2）    试件本身高度较小，实际制作过程中的加工误差相比整个试件的尺寸而言较大，导致内力臂增大，增大了极限承载力。

3）    计算方法本身在受压钢筋没有达到屈服的条件下将内力臂设为受拉钢筋合力点与受压钢筋合力点间的距离，实际上是偏于保守的。实际的受压区合力作用点應该在受压钢筋合力点与混凝土矩形应力区合力点之间，因此实际的内力臂应该略大于受拉与受压钢筋合力点间的距离。

4结论

本文进行了试验研究与基本理论分析，详细对比了几种加固思路的不同，用基本理论和试验事实证明：叠合板加固法是可靠的，但要将叠合加固技术的效率提高到最大，一定要形成整体截面共同工作。主要结论为：

（1）     按照现行规范进行叠合加固后构件的最终承载能力远大于原结构与叠合层承载力的简单相加。

（2）     按照叠合层单独受力而设计的加固方案效率较低。

（3）     整体截面受力时叠合层中的配筋不能充分发挥承载能力。在叠合层中设置较多受力钢筋，能够在一定程度上提升叠合加固构件屈服后的承载能力、增加安全储备，但增长幅度较小。

（4）     叠合面构造措施充分的条件下，叠合层底部增加钢筋带来的承载力提升较小，可省去叠合层底部不必要的受力钢筋，同样可以得到较好的加固效果，同时减少用钢量。

（5）     这种加固方法应首先满足空心板施工阶段的受力要求，同时，它必然增加了下部结构的荷载，因此，下部结构及基础的验算是应该的。

参考文献：

[1]   李均进;新型空心板结构受力分析[D];长安大学;2012年：35～40

[2]   乔学礼;空心板铰缝破坏机理及防治措施研究[D];长安大学;2008年：22～25

[3]   王轩;预应力混凝土空心板加固试验研究[D];长安大学;2007年：32～37