體外預(yù)應(yīng)力加固對(duì)鋼筋混凝土T梁靜力性能影響

■鄭學(xué)忠

(福建省公路局管理局，福州 350004)

1 工程概況

某大橋上部為17孔20m跨徑鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁，下部構(gòu)造中橋墩為雙柱式墩下配灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)為重力式U型配明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面寬度：凈9.00+2×1.50m人行道。設(shè)計(jì)荷載：汽—20，掛—100，人群 3.5kN/m2。外觀(guān)檢查中發(fā)現(xiàn)以下一些主要病害：

(1)橋面共出現(xiàn)64處橋面修補(bǔ)后碎裂，最大面積25m2。

(2)全部17跨T梁梁體均出現(xiàn)大量裂縫,總計(jì)4102條,縫寬在.08mm～0.30mm之間,裂縫總長(zhǎng)3639.61m。其中出現(xiàn)269條貫穿裂縫，10條裂縫超限寬,最大縫寬0.30mm。

(3)全橋共有170個(gè)支座中，6個(gè)支座表面有裂紋(15%),3個(gè)支座剪切變形(7.5%)，最大變形值為1.4cm。矩形板式橡膠支座130個(gè),其中15個(gè)支座表面有裂紋(11.5%),2個(gè)支座翹曲變形(1.5%),3個(gè)支座墊石碎裂(2.3%),2個(gè)支座墊石掉塊(1.5%)。

從T梁腹板延伸至梁底的裂縫判斷，部分裂縫已貫通梁底，此類(lèi)裂縫為結(jié)構(gòu)受力裂縫，表明該橋所有T梁已進(jìn)入帶裂縫工作階段，且部分裂縫寬度已超過(guò)規(guī)范允許的寬度(0.25mm)，說(shuō)明該橋結(jié)構(gòu)承載能力有可能受損。

2 加固前靜力試驗(yàn)

2.1 測(cè)試位置及測(cè)點(diǎn)布置

該橋?yàn)殇摻罨炷梁?jiǎn)支T梁，全橋T梁腹板均出現(xiàn)豎向和橫向裂縫，其中第三跨病害相對(duì)較多，因此選擇第三跨T梁作為代表T梁。試驗(yàn)中測(cè)試第三跨跨中截面各T梁的應(yīng)變和撓度，截面應(yīng)變和撓度測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

2.2 測(cè)試荷載及方法

圖1 跨中截面應(yīng)變和撓度測(cè)點(diǎn)布置

該橋設(shè)計(jì)荷載為：汽－20級(jí)，掛－100，人群荷載為3.5kN/m2。本次試驗(yàn)按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載產(chǎn)生的該試驗(yàn)項(xiàng)目的最不利效應(yīng)值等效換算，換算所需靜力荷載。試驗(yàn)中采用4輛重約31t的三軸載重汽車(chē) (前軸與中軸軸距3.45m，中軸和后軸軸距1.35m)進(jìn)行加載試驗(yàn)，產(chǎn)生的理論荷載效應(yīng)和設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)比較如表1所示。

表1 試驗(yàn)荷載理論效應(yīng)值與設(shè)計(jì)荷載理論效應(yīng)值比較

鑒于該橋外觀(guān)檢查表明梁體已進(jìn)入帶裂縫工作階段，按鋼筋混凝土梁體在正常受彎階段帶裂縫工作理論，在已裂的截面上，梁底混凝土不符合平截面假定原理，因此本次試驗(yàn)中T梁應(yīng)變以梁底鋼筋為準(zhǔn)，鑿開(kāi)梁底混凝土后在縱向鋼筋上粘貼鋼筋應(yīng)變片。撓度測(cè)試在采取在T梁梁底布設(shè)電子撓度儀，用靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

2.3 靜力試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表2繪制各片T梁應(yīng)變橫向分布系數(shù)，如圖2所示。

表2 加固前應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

圖2 加固前應(yīng)變橫向分布系數(shù)趨勢(shì)圖

2.3.2 撓度測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表3繪制各片T梁撓度橫向分布系數(shù)，如圖3所示。

表3 加固前撓度測(cè)試結(jié)果

圖3 加固前撓度橫向分布系數(shù)趨勢(shì)圖

由圖2和圖3可知，在試驗(yàn)荷載作用下，各片T梁橫向分布趨勢(shì)與剛接梁法計(jì)算理論分布趨勢(shì)一致，表明該橋T梁雖出現(xiàn)了較多的橫向和豎向裂縫，但總體橫向剛度尚可。

3 加固方案

根據(jù)該橋的病害特點(diǎn)以及加固前靜力試驗(yàn)情況，設(shè)計(jì)單位采取了以下加固方案：對(duì)各構(gòu)件存在的裂縫采用裂縫修補(bǔ)膠水進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)主梁正截面抗彎采用無(wú)粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固。預(yù)應(yīng)力筋采用單根無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)UPS15.20-1860，護(hù)套材料為單層高密度聚乙烯。張拉控制應(yīng)力為0.6fkp=0.6×1860=1116MPa；拆除原橋橋面鋪裝(含伸縮縫)，重新施工橋面現(xiàn)澆層。單片T梁體外預(yù)應(yīng)力加固示意圖如圖4所示。

4 加固后靜力試驗(yàn)

4.1 測(cè)試位置及荷載

為便于比較，加固后測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置與加固前相同，試驗(yàn)荷載也采用4部重約31t的車(chē)輛進(jìn)行加載。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，加固后相同位置T梁鋼筋應(yīng)變較加固前下降30.0%～36.5%，平均下降34%左右。

由表5可知，加固后相同位置T梁跨中撓度較加固前下降32.6%～41.2%，平均下降35%左右，結(jié)構(gòu)剛度顯著提高。

圖4 單片T梁體外預(yù)應(yīng)力示意圖

表4 加固后應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

表5 加固后撓度測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)一座出現(xiàn)較多梁底橫向裂縫和腹板豎向裂縫的普通鋼筋混凝土T梁進(jìn)行了試驗(yàn)分析，采用體外預(yù)應(yīng)力方法對(duì)全橋進(jìn)行加固，并在同一位置采用相同荷載對(duì)加固前后T梁的靜力性能進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

(1)盡管該橋T梁梁底和腹板出現(xiàn)了大量的裂縫，單片T梁抗彎能力明顯不足，但其實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)表明，其橫向連接性能與剛接梁法橫向連接性性能一致，橫向剛度和整體性尚可。

(2)體外預(yù)應(yīng)力加固可顯著提高普通鋼筋混凝土T梁的剛度。對(duì)于相同的等效設(shè)計(jì)荷載，采用體外預(yù)應(yīng)力對(duì)T梁進(jìn)行加固后，單片T梁鋼筋應(yīng)力下降30.0%～36.5%，平均下降34%左右；T梁跨中撓度較加固前下降32.6%～41.2%，平均下降35%左右。