邵 妍
(西安市市政设施管理局，陕西 西安 710016)
空心板桥预应力钢丝绳网加固性能研究
邵 妍
(西安市市政设施管理局，陕西 西安 710016)
通过分析预应力钢丝绳张拉前后预应力空心板梁的应变数据，建立了空心板梁桥加固前后的计算模型，对比了加固前后计算模型的可靠性，并对加固前后的一孔空心板梁桥进行了汽—20级、公路—Ⅰ级荷载试验，结合荷载试验所得挠度和应变数据，得出高强钢丝绳网加固后使空心板梁桥刚度和强度均有所提高，且有一定安全储备，证明此加固技术的有效性。
高强钢丝绳网，荷载试验，应力，挠度
0 引言
桥梁结构在市政工程中具有一定的特殊性，其病害和缺陷的积累往往会突发性的引起巨大的生命财产损失。在已建成的城市桥梁中，较普遍存在一些病害和承载力不足的问题，越来越多的桥梁需要加固、维修或改造。预应力高强钢丝绳网—聚合物砂浆技术是近年来在国内逐步发展起来的新型结构加固技术，该技术可靠性好、构造简单、施工方便，不但具有提高结构承载力和抗弯刚度的性能，还能对结构在外荷载作用下出现的裂缝起到一定的收缩作用，是一种适合当今城市桥梁加固需要的新工艺。
1 工程概况
某桥建于1983年，上部结构为25 m×17.4 m预应力混凝土简支空心板，下部结构为双柱墩，桩柱式桥台，钻孔灌注桩基础。单块板截面尺寸为114 cm×80 cm，跨中截面主筋为10φ12，预应力为三束24φ5的钢丝，横向9块板，设计荷载为汽—20级。为解决该桥出现承载力不足等问题，对其采用预应力高强钢丝绳网—聚合物砂浆技术进行加固，使其承载能力等级提升至公路—Ⅰ级。
2 结构试验分析
2.1 张拉试验
为掌握预应力钢丝绳对空心板梁的实际主动加固效果，选取该桥第24跨南侧1，2，3块板进行预应力钢丝绳张拉试验，对预应力高强钢丝绳网张拉前后板梁跨中下缘的应变数据进行测定，并采用专业计算程序MIDAS CIVIL以梁格法对第24孔桥梁建立模型，按试验张拉钢丝绳的顺序进行模拟计算。试验时临时封闭桥上有关车道交通。
每根预应力钢束张拉控制力为8 000 N，每片梁共33根钢束，分两层张拉。在1号板底跨中贴好应变计，先张拉第一层16根钢束，读数稳定后记录1号板底应变值，再张拉第二层17根钢束，再次记录1号板底应变值。同理，在2号板底跨中贴好应变计，并对1号板底应变读数归零，张拉2号板第一层16根钢束，读数稳定后记录1号和2号板底应变值，再张拉第二层17根钢束，记录1号和2号板底应变值。3号板同上步骤，依次获得张拉3号板第一层16根钢束后的1号、2号和3号板底应变值，和再张拉第二层17根钢束后的1号、2号和3号板底应变值。张拉顺序及应变测点布置如图1所示，试验及理论计算结果比较如表1所示。
表1 各梁的试验及理论计算结果比较
梁号状态张拉力N实测应变值应力/MPa试验值计算值误差%张拉第一片梁第一层张拉完成127040-17-0.53-0.506.03第二层张拉完成134980-31-0.97-1.01-4.09张拉第二片梁第一层张拉完成127040-18-0.56-0.527.70第二层张拉完成134980——-1.03—张拉第三片梁第一层张拉完成127040-22-0.69-0.629.96第二层张拉完成134980-35-1.10-1.20-9.54注:“—”表示测值无效
结论：在第一层钢筋均张拉结束后，1号、2号、3号梁底产生的压应变分别为17 με,18 με和22 με，对应压应力为0.53 MPa，0.56 MPa和0.69 MPa；在第二层钢筋均张拉结束后，1号、3号梁底产生的压应变为31 με和35 με，对应压应力为0.97 MPa和1.1 MPa。可见，张拉钢丝绳后能有效的在梁受拉区建立预压应力，起到主动加固的作用，并且预压应力随张拉钢丝绳的增加而增大，实测值与建立模型后理论计算值误差小于10%。
由于混凝土梁底施加了预应力，在梁的受拉区建立了预压应力，梁底荷载作用下开裂必须要先抵消这部分预压应力，故其开裂荷载能够得到提高。开裂前外荷载作用下加固构件的内力可以采用材料力学的方法进行分析。预应力钢丝绳加固后混凝土梁的开裂弯矩由式(1)计算得到：
Mcr=(σpc+γftk)W0
(1)
其中，γ为混凝土构件截面抵抗矩塑性影响系数；ftk为混凝土抗拉强度；W0为换算截面下边缘弹性抵抗矩；σpc为受拉区预应力大小，由式(2)计算得到：
(2)
其中，NP为预应力产生的合力；e为预应力合力的偏心矩；y为截面形心至下边缘的距离；I0为换算截面惯性矩。
由相应理论得到预应力钢丝绳加固前主梁跨中截面开裂弯矩为610.3 kN·m，预应力钢丝绳加固后主梁跨中截面开裂弯矩为798.5 kN·m，比加固前提高了30.8%，可见预应力钢丝绳加固对提高空心板梁的开裂弯矩效果显著。
2.2 荷载试验
对该空心板桥于2012年和2014年分别进行加固前后荷载试验，测试该桥第22孔跨中截面最大正弯矩中、偏载工况时，在汽—20级荷载作用下的挠度和应变情况，跨中截面测点布置图见图2，挠度和应变对比见图3～图6，计算加固前后该桥第22孔在汽—20级及公路—Ⅰ级荷载作用下校验系数变化。
主要测点的校验系数按式(3)计算：
(3)
式中:So——试验荷载作用下量测的弹性变位(或应变)值；S%——试验荷载作用下的理论计算变位(或应变)值。
不同荷载作用下，挠度和应变校验系数见表2。
表2 挠度和应变校验系数对比表
结论如下：
1)由相应试验实测值及理论计算得到：该桥第22孔在汽—20级荷载作用下，加固后挠度校验系数和应变校验系数比加固前有较大下降，说明加固后桥梁结构安全储备比加固前大，结构更安全；结构在加固后公路—Ⅰ级荷载作用下，挠度校验系数和应变校验系数与加固后汽—20级荷载作用下挠度校验系数和应变校验系数相当，说明荷载等级为公路—Ⅰ级时，桥梁承载力满足要求，并有一定安全储备。
2)该桥第22孔在汽—20级荷载中载和偏载作用下，2014年加固后比2012年加固前实测挠度值和实测应变值均有所下降，挠度下降幅度约31.2%～38.6%，应变下降幅度约16.9%～37.1%，说明预应力钢丝绳加固方法使结构刚度和强度有显著提高。
3 结语
1)通过对预应力钢丝绳张拉前后预应力空心板梁应变数据的分析，证明张拉钢丝绳网后能够有效的在梁受拉区建立预压应力，起到主动加固的作用，并且预压应力随张拉钢丝绳的增加而增大，预应力钢丝绳加固对提高空心板梁的开裂弯矩效果显著。
2)通过2012年和2014年两次汽—20级静载试验数据对比分析，证明预应力钢丝绳加固后结构刚度和强度均有很大提高；通过公路—Ⅰ级静载试验数据分析，说明结构加固后满足公路—Ⅰ设计荷载标准，且有一定的安全储备。
3)该加固技术对空心板桥的自重增加小，加固后结构外观良好。 加固过程施工简便、周期短，加固施工中交通通行基本正常，适用于城市桥梁加固维修，具有广阔的应用和推广前景。
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Performance of hollow slab prestressing reinforcement steel wire rope
Shao Yan
(Xi’anMunicipalAdministrationofFacilities，Xi’an710016，China)
Through the analysis of the rope around the prestressed prestressed hollow plate beam strain data, the establishment of model reinforced hollow plate girder bridge before and after, before and after comparison of calculated reinforcement reliability of the model, for a hole hollow plate girder bridge reinforcement around the-20 level gasoline, highway Ⅰ-level load test, load test the resulting combined deflection and strain-related data on high-strength steel wire rope after reinforcing the hollow bridge stiffness and strength are improved, and a certain safety margin, this proves the effectiveness of reinforcement technology.
high-strength steel wire rope, load test, stress, deflection
1009-6825(2016)18-0150-02
2016-04-18
邵 妍(1984- )，女，工程师
U448.214
A
