張　弢

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

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體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在簡支T梁橋中的應(yīng)用研究

張弢

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

摘要：以某簡支T梁橋采用體外預(yù)應(yīng)力加固為例，通過有限元模擬計(jì)算，分析了通過體外預(yù)應(yīng)力加固的簡支T梁性能上的改變，進(jìn)一步總結(jié)了體外預(yù)應(yīng)力加固簡支T 梁的特點(diǎn)及適用條件，可為同類體外加固的橋梁提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力；簡支T梁；加固

1體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁的原理及特點(diǎn)

(1)自重小，對原有結(jié)構(gòu)的受力情況改善幅度較大；

(2)對結(jié)構(gòu)性能的改善主要體現(xiàn)在提高結(jié)構(gòu)的剛度和抗裂性能；

(3)灌漿質(zhì)量便于檢查，修補(bǔ)及更換方便；

(4)能有效的控制原有結(jié)構(gòu)的裂縫及撓度；

(5)所需的設(shè)備及人力均投少，工期短。

2體外預(yù)應(yīng)力加固簡支T梁實(shí)例

2.1　工程概況

某橋的上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土簡支T梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑20.0 m，原設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅱ級。主梁的混凝土采用C30，縱向主筋采用HRB335級。目前該橋因?yàn)橥咳找嬖黾?，不能滿足正常的通行要求，需要將該橋的設(shè)計(jì)荷載提高至公路-Ⅰ級。通過前期方案的討論，決定采體外預(yù)應(yīng)力加固的方法來加固次橋，具體方案為：體外預(yù)應(yīng)力設(shè)置2束鋼絞線，截面面積Ap,e=139×2×2=556 mm2，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1 260 MPa，彈性模量為Ep,e=1.95×105MPa。此橋的體外預(yù)應(yīng)力加固采用下?lián)问嚼瓧U加固方法，斜桿上端錨固與靠近端橫梁處的梁肋頂部，加固后跨中的截面配筋見圖1，體外索縱向布置形式見圖2。

圖1　加固后橫截面圖(單位：mm)

2.2　加固模型

本橋的加固計(jì)算是采用Midas有限元軟件對進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。在有限元建模中，不考慮其相對滑移，假定梁體內(nèi)的普通鋼筋與混凝土良好的黏結(jié)。體外預(yù)應(yīng)力鋼筋是采用桁架單元模擬，在轉(zhuǎn)向處與混凝土單元剛性連接，混凝土單元則采用8節(jié)點(diǎn)6面體實(shí)體單元，其余的縱向鋼筋及架立鋼筋等單元采用植入式鋼筋單元，當(dāng)鋼筋的應(yīng)力達(dá)到了抗拉強(qiáng)度時(shí)鋼筋屈服，鋼筋的應(yīng)力將不再增加。作用在鋼筋混凝土梁上的荷載為恒載和通過荷載橫向分布系數(shù)求得的活載，邊界條件采用一般支撐簡支邊界條件。

2.3　加固施工過程計(jì)算模擬

(1)把單元欄中混凝土單元和鋼筋單元激活，邊界條件欄選取一般支承，荷載欄自重和二期恒

(2)激活單元欄中的體外預(yù)應(yīng)力單元，同時(shí)激活荷載欄中的施加的體外預(yù)應(yīng)力荷載；

(3)選擇施加車道荷載。

在承載能力的計(jì)算方面，分為兩種荷載工況來考慮：一種是在固前，未施加體外預(yù)應(yīng)力，按照規(guī)范要求進(jìn)行最不利荷載組合作用；另一種是加固后，施加體外預(yù)應(yīng)力，同樣是按照規(guī)范要求進(jìn)行最不利荷載組合作用。

2.4　應(yīng)力分析

計(jì)算結(jié)果顯示：

(1)加固前的混凝土主拉應(yīng)力大部分在-1.14～2.16 MPa之間，由于施加體外預(yù)應(yīng)力，加固后的混凝土的主拉應(yīng)力大部分在-2.05～1.86 MPa之間，這表明加固后的混凝土的主拉應(yīng)力得到明顯的改善。

(2)加固前的混凝土主壓應(yīng)力大部分在-12.9～0.96 MPa之間，由于施加體外預(yù)應(yīng)力，加固后的混凝土的主壓應(yīng)力大部分在-7.88～-0.86 MPa之間，這表明采用體外預(yù)應(yīng)力加固，使得混凝土的主壓應(yīng)力得到明顯的改善。也就是說，通過施加體外預(yù)應(yīng)力，使得本橋的受力情況得到了較大幅度的改善。

2.5　加固前后撓度分析

鋼筋混凝土梁橋在新建和加固的計(jì)算上是有區(qū)別的，因?yàn)榧庸逃?jì)算存在“二次受力”問題。在進(jìn)行加固計(jì)算時(shí)，因?yàn)殇摻罨炷亮簶蛟诘淖灾刈饔?，梁體已出現(xiàn)一定的變形。采用體外預(yù)應(yīng)力加固所采用的加固材料與原有構(gòu)件共同承受上部活載。本橋加固以前，跨中截面變形值為58.09 mm，而在采用體外加固后，跨中截面變形值為減小為42.52 mm。通過加固前后變形值的對比可以看出，施加體外預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱值可以對活載產(chǎn)生的變形值進(jìn)行部分抵消。

2.6　加固前后裂縫分析

從鋼筋混凝土梁橋加固前后開裂狀態(tài)分布圖3可知，采

用體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土T梁橋后，使得梁體的截面應(yīng)力有所減小，截面上裂縫發(fā)展高度和寬度均有一定的，部分裂縫甚至出現(xiàn)了閉合的現(xiàn)象。因此，從以上的分析可以看出，通過施加體外預(yù)應(yīng)力，是能有效改善鋼筋混凝土T梁橋截面受力狀況及限制其裂縫的發(fā)展的。

圖3　鋼筋混凝土梁橋加固前后跨中截面開裂狀態(tài)分布圖

通過以上的計(jì)算結(jié)果表明，體外預(yù)應(yīng)力加固作為一種主動加固方法，加固效果比較理想。承載力得到了較大提高，撓度及開裂狀況得到了改善。

3結(jié)論

通過有限元模型的仿真分析，采用體外預(yù)應(yīng)力加固簡支T梁可以得出以下結(jié)論：

(1)有效改善結(jié)構(gòu)控制截面的受力情況及變形，較大提高構(gòu)件的承載能力；

(2)使用荷載下，原受彎構(gòu)件抗彎強(qiáng)度不足，或剛度不足，裂縫過多、過寬時(shí)，適宜采用此法加固。

總之，體外預(yù)應(yīng)力加固的方法可用于提高結(jié)構(gòu)的極限承載力和剛度，尤其是當(dāng)上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力或變形嚴(yán)重時(shí)，效果更為顯著。

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收稿日期：2015-06-12

中圖分類號：U445

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2015)08-0094-01