粘鋼加固鋼筋混凝土T 梁模型裂縫試驗研究

欒好發 黃本才

(吉林省交通規劃設計院，吉林長春 130021)

1 概述

目前，我國存在大量的舊橋、危橋，已經成為影響道路運營的瓶頸，亟待改造。其中，二十世紀六七十年代大量修建的荷載等級為汽—13、汽—15級跨徑16 m的鋼筋混凝土簡支T形梁橋在我國各級公路上應用廣泛，本文將其作為研究對象。本文旨在對粘鋼加固T梁結構的裂縫做進一步的研究。

2 模型試驗研究

1)模型試驗設計。基于荷載等級為汽—15、掛—80跨徑16 m的鋼筋混凝土T梁原型，按1/8縮尺比例設計，制作3片相似模型T梁試件，3片T梁采用相同的混凝土標號和相同的配筋，但所粘貼的鋼板數量不同。確定相似模型的幾何尺寸如表1和圖1所示。

表1 模型與原型尺寸 m

2)試驗方案。試驗共預制了3片鋼筋混凝土T梁，編號1～編號3，各梁的配筋、混凝土標號都相同。1號梁，不加固，作為比較梁;2號梁，加載前粘貼寬2．1 cm鋼板于T梁肋底，鋼板長度1．8 m，采用2根膨脹螺栓錨固鋼板兩端;3號梁，加載前粘貼寬4．2 cm鋼板于T梁肋底，鋼板長度1．8 m，采用2根膨脹螺栓錨固鋼板兩端。

3)模型試驗結果分析。a．由表2可知，首條裂縫出現時的荷載2，3號梁比1號梁有所提高。由加載過程可知，鋼板在抑制裂縫開展方面發揮的作用十分明顯，裂縫寬度和高度均較小，有效增加了受壓區高度。b．2，3號梁裂縫多，平均間距小，寬度小。c．1號梁裂縫開展較早，到極限荷載的40%左右時，裂縫數目達到極值，此后裂縫數目不變，僅寬度加大。相對應地，2，3號梁在全過程中新裂縫斷續出現，裂縫寬度變化速度也較1號梁緩慢。

圖1 模型T梁示意圖（單位：cm）

表2 裂縫試驗結果

3 粘鋼加固對裂縫的影響

3．1 開裂彎矩Mr的計算

結合實驗結果，給出計算公式如下:

其中，d，b 分別為鋼筋直徑、鋼板厚度;Aj，Ej，Ab，Eb分別為鋼筋面積、鋼筋彈模、鋼板面積、鋼板彈模;ψ為系數，由試驗結果可知其值應取7;fk為混凝土標準抗拉強度;w0為截面抵抗矩。由式(1)計算各梁的開裂彎矩，并與試驗結果進行比較，結果見表3。

表3 開裂彎矩計算值及試驗結果

可見式(1)能夠較準確的計算出粘鋼加固梁的開裂彎矩，計算值與實測值吻合較好。

3．2 裂縫平均間距的計算

未加固梁的裂縫平均間距可以采用經驗式(2)計算:

其中，d，ρ分別為鋼筋直徑、截面配筋率;ε，ε1分別為T梁受拉、受壓翼緣的加強系數。

對于加固后的梁，對式(2)進行修正，有:

其中，bs為粘貼鋼板寬度;k為修正系數，根據試驗結果應取4．7;Ac為混凝土毛截面面積。由式(2)及式(3)計算各梁的平均裂縫間距，并與試驗結果進行比較，結果見表4。可見式(3)能夠較準確地計算粘貼鋼板加固梁的平均裂縫間距，計算值與實測值吻合較好。

表4 平均裂縫間距計算值與試驗值比較結果

3．3 裂縫寬度的計算

JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范建議的計算公式為:

其中，C1，C2，C3均為系數，詳見JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范;σss為鋼筋應力:

其中，d，ρ分別為縱向受拉鋼筋As直徑(mm)，縱向受拉鋼筋配筋率;As0為換算鋼筋截面積為縱向受拉鋼筋截面積，Ab為粘貼鋼板截面積。

試驗表明，粘貼鋼板可以顯著地減小裂縫開裂寬度，減小的程度與鋼板的數量有關，為此需對式(4)引入修正系數C0:

其中:

式(4)表明在正常使用狀態，鋼筋應力與最大裂縫寬度成正比，模型試驗也證明了這一點。故最大裂縫寬度與荷載成正比，對荷載與最大裂縫寬度線性回歸得:

4 試驗研究結論

本文在3片模型T梁試驗的基礎上，研究了粘貼鋼板對鋼筋混凝土T梁裂縫的作用及效果，研究的主要結論如下:

粘貼鋼板加固顯著地減小了主梁的裂縫間距、寬度、高度，抑制了裂縫開展，對提高普通鋼筋混凝土構件的耐久性和適用性有重要意義。本文針對粘鋼加固后的T梁，給出了開裂彎矩、裂縫間距及裂縫寬度的修正計算公式，修正公式的計算結果與實測值對比可知，公式準確可靠。

5 進一步研究的建議

1)膠的耐久性對于實際結構是一個值得重視的問題，在實際工程應用中，加固效果是否會由于粘貼用膠的老化而降低。2)膠層是否會在長期荷載下發生滑移，從而降低其抑制裂縫發展的作用。3)對工程實例進行跟蹤分析研究，積累技術資料，為完善加固理論及分析方法提供技術依據。

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