幾種受損橋梁梁板加固方案試驗(yàn)研究

李洪印，劉 康，王清明，孟 濤

（1.齊魯交通發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2.山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250031；3.山東省工程監(jiān)理咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250102）

引言

隨著橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，橋梁結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)出現(xiàn)開裂、破損等不同病害，為了保障道路通行安全，需對(duì)出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)安全病害的橋梁進(jìn)行維修加固處置[1]。橋梁日常加固維修中使用較多的方案為粘貼鋼板加固，但由于加固鋼板易銹蝕，該加固方案后期需投入較多的養(yǎng)護(hù)成本。故為了尋找更多的加固方案，并探究各方案的實(shí)際加固性能，對(duì)3塊采取不同加固方案處置及作為標(biāo)定的僅進(jìn)行局部修復(fù)的實(shí)橋梁板進(jìn)行荷載試驗(yàn)。

1 工程概況

荷載試驗(yàn)中梁板為高速公路某橋梁維修項(xiàng)目中拆除的梁板，單根梁板長(zhǎng)20 m，寬1 m，高85 cm。由于梁板存在不同程度的損傷，為保證試驗(yàn)加固效果的公平有效性，試驗(yàn)選擇梁板損傷程度相近，并均進(jìn)行了局部修復(fù)工作。

考慮到梁板加固效果及施工便利性，選擇粘貼高強(qiáng)鋼絲布加固、粘貼玻纖維板加固及預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固3種方案對(duì)試驗(yàn)梁板進(jìn)行加固處理[2]。

（1）高強(qiáng)鋼絲布是由特殊制造的強(qiáng)度高于普通鋼材6～9倍的高模量鋼絲編織而成的單向網(wǎng)布，配合膠粘劑或修補(bǔ)砂漿應(yīng)用于混凝土或砌體結(jié)構(gòu)加固。高強(qiáng)鋼絲布具有較好的機(jī)械性能和抗剪能力，加固施工時(shí)易于處理和彎曲成型。高強(qiáng)鋼絲布加固處置流程：基底處理→混凝土基面涂抹砂漿→鋪設(shè)高強(qiáng)鋼絲布→按壓→鋼絲布表面涂沫砂漿→刮刀抹平→固化，見圖1。

（2）玻纖維板是由玻璃纖維和聚合樹脂材料加工而成，具有良好的抗拉性能及防腐性能。玻纖維板加固流程：基底處理→混凝土基面涂抹砂漿找平→底板和玻板對(duì)應(yīng)位置打孔→玻纖維板表面涂沫專用膠→分段粘貼玻纖維板→高壓注膠→修補(bǔ)孔隙→固化養(yǎng)護(hù)，見圖2。

（3）預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)是由碳纖維板和兩端錨具組成，預(yù)應(yīng)力碳板在增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度的同時(shí)既能減少結(jié)構(gòu)的撓度變形，又能減少和封閉裂縫[3-4]。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固流程：基底處理→混凝土基面涂抹砂漿→鉆錨栓孔、安裝錨栓→安裝固定端和張拉端錨具→碳板表面涂抹專用結(jié)構(gòu)膠→安裝碳纖維板→進(jìn)行張拉→拆除張拉工具→固化養(yǎng)護(hù)，見圖3。

圖1 高強(qiáng)鋼絲布施工過程（鋪設(shè)鋼絲布）

圖2 玻纖維板施工過程（支撐固化養(yǎng)護(hù)）

圖3 預(yù)應(yīng)力碳板施工過程（固化養(yǎng)護(hù)）

荷載試驗(yàn)涉及4片梁板維修加固處置情況見表1。

表1 梁板維修加固處置情況

2 試驗(yàn)方案

梁板靜載試驗(yàn)主要測(cè)試梁板控制截面的應(yīng)變、撓度及裂縫開展情況，從而評(píng)估加固梁板的承載能力[5-6]，見圖4、圖5。

圖4 荷載試驗(yàn)加載裝置（立面）

荷載試驗(yàn)采用反力架千斤頂加載，采用擴(kuò)大混凝土塊作為錨固基礎(chǔ)，通過精軋螺紋鋼和橫向鋼架進(jìn)行傳力，荷載試驗(yàn)采取兩點(diǎn)加載方式。

圖5 荷載試驗(yàn)加載裝置（剖面）

應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在試驗(yàn)梁八分點(diǎn)截面，每個(gè)截面布置8個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；撓度測(cè)點(diǎn)布置在試驗(yàn)梁支座、跨中及四分點(diǎn)截面位置，見圖6、圖7。

圖6 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置（cm）

圖7 撓度測(cè)點(diǎn)布置（cm）

每片試驗(yàn)梁均分為兩個(gè)加載工況，第一個(gè)工況為加載到各測(cè)試截面均達(dá)到或接近設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)，第二個(gè)工況為加載到實(shí)際極限破壞狀態(tài)或加載到終止條件達(dá)到。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定，確定試驗(yàn)終止條件[7]：（1）上限終止條件。① 受拉主鋼筋拉斷。② 受壓混凝土壓壞。（2）下限終止條件。① 對(duì)有物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度，受拉應(yīng)變達(dá)到0.01。② 最大撓度達(dá)到跨度的1/50（對(duì)于本項(xiàng)目為38 cm）。③ 受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5 mm。④ 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，并結(jié)合加載方式，以最終達(dá)到完全破壞為目的，確定試驗(yàn)空心板梁的最終中止條件。（3）其他終止暫停、條件：① 加固材料如纖維板、玻板等材料破壞后，無法繼續(xù)提供加固效果時(shí)，暫停加載，根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行情況進(jìn)行記錄并決定是否繼續(xù)進(jìn)行加載。② 加固材料與梁體間產(chǎn)生滑移、變位、預(yù)應(yīng)力錨固問題等情況時(shí)，無法繼續(xù)提供加固效果時(shí)，暫停加載，并根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行情況進(jìn)行記錄并決定是否繼續(xù)進(jìn)行加載。③ 加固材料產(chǎn)生裂縫但可以繼續(xù)提供加固效果時(shí)，記錄加固材料發(fā)展變化形態(tài)并進(jìn)行進(jìn)一步加載，根據(jù)梁體加載情況（1）、（2）決定加載終止條件。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 破壞形態(tài)

考慮到安全因素及千斤頂行程原因，試驗(yàn)除3#玻纖維板加固梁板外，其余梁板加載終止條件為受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度超過1.5 mm。試驗(yàn)過程中結(jié)構(gòu)的主要反應(yīng)為隨著荷載增加，梁體撓度不斷變大，變形從線性逐步向非線性發(fā)展；裂縫首先在跨中5 m范圍內(nèi)出現(xiàn)，隨著加載量的增大，裂縫不斷增多，原有裂縫逐漸擴(kuò)展，寬度不斷增加，開裂范圍逐漸向支點(diǎn)處延伸。

3.2 開裂荷載與極限荷載

3種加固方式對(duì)于試驗(yàn)梁板的開裂荷載及極限荷載均有不同程度的提升。對(duì)于開裂荷載，玻纖維板加固方式相對(duì)普通修補(bǔ)的試驗(yàn)梁提升了51.32%；對(duì)于極限荷載，預(yù)應(yīng)力碳纖維板的加固方式效果最為顯著，提升了50.77%的極限荷載值，具體荷載結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)梁開裂荷載與極限荷載對(duì)比

3.3 應(yīng)變結(jié)果

高強(qiáng)鋼絲布、玻纖維板及預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固試驗(yàn)梁的加固方式對(duì)于發(fā)揮受壓區(qū)混凝土的受壓變形性能均有明顯提升，主要體現(xiàn)在跨中受壓區(qū)應(yīng)變提升上，見表3。

表3 試驗(yàn)梁最大混凝土應(yīng)變對(duì)比

預(yù)應(yīng)力碳纖維板和玻纖維板加固試驗(yàn)梁的跨中混凝土應(yīng)變相較普通試驗(yàn)梁各有63.25%、67.70%的提升，在此空心板結(jié)構(gòu)下這兩種加固方式更能發(fā)揮出受壓區(qū)混凝土的性能，也最能使梁體受力過程中的截面應(yīng)變分布達(dá)到更均衡的分布狀態(tài)。

3.4 梁體撓度特征

3種加固方式對(duì)于試驗(yàn)梁最大撓度有著不同程度的提升，相較普通修補(bǔ)的試驗(yàn)梁，預(yù)應(yīng)力碳纖維板和玻纖維板的最大撓度分別提升54.4%和64.7%，見表4。

試驗(yàn)梁跨中荷載-撓度曲線見圖8，可以看出，三種加固方案試驗(yàn)梁在加載初期的線性段基本重合，且效率明顯大于普通修補(bǔ)的試驗(yàn)梁，表明整體結(jié)構(gòu)抗力得到加強(qiáng)。

表4 試驗(yàn)梁最大撓度對(duì)比

圖8 試驗(yàn)梁跨中荷載-撓度曲線

4 結(jié)語

試驗(yàn)結(jié)果表明，三種加固方式均可取得不錯(cuò)的加固效果，而且施工效率較高，后期使用過程中不需要定期維護(hù)，可以推廣應(yīng)用于類似橋梁受損梁板的加固維修。