寬幅空心板斜截面豎向預應力抗剪加固研究

摘要：針對現有的空心板斜截面加固方法進行分析，提出了在空心板板端腹板及底板外側包裹高強鍍鋅鋼絲繩通過體外豎向預應力加固斜截面抗剪強度的方法。

關鍵詞：預應力加固 斜截面抗剪

一、前言

預應力空心板具有結構形式簡單，截面效率高，整體性能好，截面抗扭剛度大等特點。但是在寬幅預應力空心板的使用過程中，會經常在跨中附近出現斜裂縫，初步判斷其原因是由于正應力小剪應力大，在中性軸附近出現沿主應力跡線方向的腹剪斜裂縫。所以提出加固方案，防止或減少裂縫的產生，并輔以實際試驗來具體認識和分析裂縫產生的機理。

二、實驗分析

梁體斜裂縫的發展有兩種典型形式，一種是由于正應力小剪應力大，在中性軸附近出現的沿主應力跡線方向產生的腹剪斜裂縫，一種是在剪彎曲段截面下邊緣由于彎矩引起的水平拉應力較大首先出現垂直裂縫，隨后向著作用點方向延伸成斜裂縫的彎剪斜裂縫。此次抗剪破壞性試驗產生的裂縫發展方式多以腹剪斜裂縫為主，加載后期有彎剪裂縫形成。

由現場試驗得到的裂縫圖可知，現場加載試驗裂縫加載點連線與中性軸交點附近，隨著荷載的增大沿著連線方向向加載點方向延伸，寬度逐漸加大，至加載后期，裂縫擴展到整個斜截面，形成數條寬度較大的腹剪裂縫以及彎剪裂縫，并有貫通裂縫和混凝土壓碎現象出現，由此可以得出抗剪承載力嚴重不足。

三、加固分析

體外預應力加固法具有改善結構原有內力分布，降低結構應力水平，為結構提供安全富裕度等特點。鋼絲繩網片—聚合物砂漿外加層加固法以其優越的施工及加固性能在普通混凝土梁的抗彎、抗剪加固中得到了人們越來越多的重視，本文綜合考慮體外預應力加固方法和鋼絲網—聚合物砂漿加固法的特點，提出空心板鋼絲網體外豎向預應力加固方法，并進行了現場加固試驗，探討該方法的加固效果。

1、鋼絲網體外豎向預應力加固原理

在混凝土構件中，箍筋起著約束混凝土，限制裂縫開展和抵抗剪力的作用。不配箍筋的混凝土構件，當所承受彎矩和剪力到達一定程度時，會產生一條臨界裂縫。在這條裂縫的上方靠近支座處，形成了一個上小下大的“基本拱體”，拱體下部混凝土的抗剪能力不能充分發揮。當配上箍筋后，箍筋把被裂縫分割的拱形混凝土牢固地連接在一起，充分發揮了下部混凝土的潛力，共同把剪力傳到支座上。

此外，由于箍筋限制了斜裂縫的寬度，提高了斜裂縫兩側骨料的咬合作用。箍筋和縱筋形成的骨架對混凝土起了“圍箍”作用。箍筋對縱筋的約束使縱筋的“梢栓”作用有所提高。這些都直接或間接地提高了構件的抗剪能力。

體外預應力技術具有消除結構原有荷載、改善結構內力分布的特點，豎向預應力可以有效降低腹板拉應力，推遲斜裂縫出現的時間，降低主壓應力對結構的影響，提高結構的抗剪承載力。有研究指出，對于設置豎向預應力的結構，當豎向預應力損失超過22.79%時，將可能造成混凝土開裂。

因此，對于斜截面抗剪承載力不足的構件，通過適當的方式模擬箍筋的受力原理對構件斜截面進行加固，同時合理施加預應力，是一種切實可行的加固方法。

2、現場斜截面加固試驗分析

在空心板梁端一定范圍內，采用預應力鋼絲網片包裹，在轉角位置墊角鋼，在頂板鉆孔，固定錨具，張拉進行固定。由于本梁為30°斜角的空心板，所以加固段起始位置由鈍角側確定，布置兩組鋼絲繩網片后，銳角側的鋼絲繩網片已經接近加載點，考慮到后期有可能會做加載破壞試驗，所以本加固方案最終確定采用兩組鋼絲繩網片共24根鋼絲進行加固。

對寬幅空心板進行抗剪加固后，采用試驗測試的方法對加固效果進行檢測，試驗思路如下：

張拉預應力鋼絲網片前，在加載點和支座連線位置確定空心板腹板應變測點的方法布置應變測點，然后進行預應力鋼絲網的張拉。通過測試施加預應力后各測點的應變數據，計算豎向預應力鋼絲網對梁體產生的預壓力，然后對測試結果進行分析，并計算抗剪加固效果。

3、抗剪加固計算

根據以上方案，通過《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）的抗剪強度計算公式進行計算，確定出達到預期效果所需的每根鋼絲繩張拉力為1t，預期加固效果為提高抗剪承載力35%左右。

加固后空心板的開裂區范圍和裂縫密度都得到了一定程度的控制，斜截面的破壞形式為腹剪破壞，鋼絲束起到了很好的約束混凝土開裂和裂縫擴展的作用，隨著混凝土壓應力增大，裂縫更集中的出現于近支座端，而靠近加載點附近的裂縫則明顯減少。這一現象說明該加固方法可以為混凝土施加有效的預壓應力，降低結構拉應力，減少斜裂縫的出現。

四、小結

分析結果如下：

1、試驗PC變截面寬幅空心板的抗彎承載力滿足橋梁使用要求，但抗剪承載力嚴重不足。經過加過后，抗剪承載力可以滿足空心板的運營要求。

2、采用鋼絲繩密度35mm，直徑d=3.2mm，抗拉強度標準值ftk=1650MP的高強鍍鋅鋼絲網片對寬幅空心板進行加固，張拉噸位1t，理論計算預計空心板抗剪承載力可以提高35%左右。

3、現場空心板加固試驗證明，該加固方法可以為結構提供29.1%～33.75%的安全儲備。

參考文獻：

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