粘貼鋼板在預應力混凝土T梁加固中的應用分析

張　弢

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

粘貼鋼板在預應力混凝土T梁加固中的應用分析

張弢

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要采用有限元程序ANSYS對預應力混凝土T梁鋼板加固模型進行分析，通過對粘貼不同厚度的鋼板后T梁極限承載力、撓度及裂縫等改變情況的對比，總結了采用粘貼鋼板法加固對T梁受力性能的改善情況。

關鍵詞粘貼鋼板T梁加固

近年來，隨著我國公路建設的快速發展，公路的交通流量、運輸車輛的噸位等均有較大增加，尤其是各種超載、超限車輛對公路橋梁造成了很大的損害，橋梁加固的任務也日益繁重。粘貼鋼板法是預應力混凝土T梁廣泛采用的一種加固方法，該方法主要是利用化學粘貼劑將鋼板直接粘貼在混凝土構件的受拉邊緣，使其共同工作，從而提高結構的剛度和承載能力。

雖然采用粘貼鋼板加固預應力混凝土T梁橋目前已被廣泛使用，但對其加固的力學特點以及粘貼不同厚度的鋼板與T梁極限承載力、撓度及裂縫之間的相互關系等還缺乏準確的分析和總結。基于此，本文對以上幾個方面展開研究。

1加固原理

該加固法是采用環氧樹脂系列粘結劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構物的受拉邊緣或薄弱部位(或采用帶錨栓粘貼鋼板)，使之與原結構物形成整體共同受力，以提高其強度，改善原結構的鋼筋及混凝土的應力狀態。在對橋梁進行分析后，根據缺陷所在的部位，確定鋼板的規格和粘貼部位及形式。為了提高橋梁結構的抗彎能力，一般在構件的受拉邊緣的表面粘貼鋼板，使鋼板與原結構形成整體來受力，見圖1。

圖1受拉區粘貼鋼板

3.4　施工注意事項

主梁的線形控制及中線位置控制工作貫穿于施工的全過程，涉及主梁高程和中線位置的每一道工序，其特點是理論計算與施工實際緊密相連，因而需要設計、控制、施工和監控各方密切合作，各司其職完成。

調整掛籃立模標高時，要檢查掛籃前、后錨是否上緊，避免混凝土澆筑時高差差異太大。

施工中應嚴格按照平衡施工的要求進行，控制梁段上的施工堆積物，以避免由于施工荷載和橋面雜物的不平衡引起測量數據的不準確。

施工中注意控制基準點的保護工作，嚴禁擊打、碰撞，防止澆筑混凝土時覆蓋基準點和測點。

4結語

目前摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋邊跨主跨已經全部合龍，主梁實際線形與計算吻合。主橋控制的難點是標高基準點的測定以及梁底標高的測量，通過實踐證明，采用橋上橋下2套高程系統，獨立控制主梁的施工直至合龍，并且能夠滿足貫通條件的方法是可行的。這種方法為后續同類型橋梁的施工提供了寶貴的經驗。

參考文獻

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2單元劃分

T梁的結構尺寸見圖2，采用有限元程序ANSYS對粘貼鋼板加固模型進行分析。由于實體單元結點多、自由度多，在建模時引入對稱性，采用1/2梁體進行計算，單元劃分形式見圖3~圖4。

圖2　T梁結構尺寸(單位：cm)

圖3計算模型

圖4　約束情況

3彎矩計算分析

大部分橋梁結構都對橋梁的變形有要求，橋梁的變形即撓度如果過大，將影響交通的正常運行，所以撓度成為橋梁性能的一個重要指標。T梁的荷載-位移曲線見圖5。

圖5荷載-位移曲線

由圖5可見，相同撓度(45 mm)下，加8 mm鋼板相比未加固時的極限抗彎承載力提高了大約25.3%，加6 mm鋼板大約提高了16.1%，加4 mm鋼板大約提高了11.4%。由此可見，粘貼加固鋼板在提高結構的剛度方面效果很顯著。

結構承載能力極限狀態的彎矩對比和相同撓度下彎矩對比見圖6、圖7，結構承載能力極限狀態的彎矩和相同撓度下彎矩均不相同，但是規律一致，隨著加固鋼板厚度的增大，承載能力極限狀態的彎矩也隨之增大，同時，相同撓度時隨鋼板厚度增大，結構所承受的彎矩也隨之增大，故粘貼鋼板法加固對于提高結構的剛度和承載力效果都很顯著。

圖6結構承載能力極限彎矩對比

圖7　相同撓度下彎矩對比

4撓度計算分析

相同彎矩下粘貼不同厚度鋼板時梁撓度對比見圖8，在鋼板屈服前同一彎矩下，隨著加固鋼板厚度的增大，撓度變小，即剛度和承載力都有所提高，但是在極限彎矩下。跨中撓度對比見圖9，由圖8，圖9可見，加4 mm鋼板后，T梁最大撓度值為57.8 mm；加6 mm鋼板后，T梁最大撓度值為59 mm；加8 mm鋼板后，T梁最大撓度值為61.0 mm；未加固時最大撓度值為55.2 mm。單從最大撓度值來看，粘貼鋼板法在提高梁承載力的同時， 改善了梁的延性，提高了構件及整個結構的可靠性。

圖8相同彎矩下加固不同厚度

鋼板時梁撓度對比

圖9　極限彎矩下加固不同厚度鋼板

5裂縫及應力計算分析

相同彎矩下，加固不同厚度的鋼板時裂縫擴展對比見圖10。

圖10　相同彎矩下，加固不同鋼板裂縫擴展對比

由圖10可見，隨著鋼板厚度的增大，裂縫擴展區域無論是從板高度方向還是板縱向來看，都有減少的趨勢。所以單從裂縫區域來看，粘貼鋼板法加固措施在裂縫控制方面是比較有效的。

鋼板屈服前的相同彎矩下縱向應力對比見圖11。

圖11鋼板屈服前的相同彎矩下縱向應力對比

由圖11可見，在鋼板屈服前同一彎矩下，鋼板應力隨著加固鋼板厚度的增大而減小，即隨著鋼板厚度的增大，結構承載能力和剛度在提高。

6結論

(1) T梁隨著粘貼鋼板厚度的增加，極限抗彎載能力和鋼筋屈服彎矩有較大幅度提高，故粘貼鋼板加固能顯著提高T梁的承載力。

(2) 加固后相同彎矩作用下T梁撓度減小，說明粘貼鋼板能顯著提高T梁抗彎剛度；在承載能力極限彎矩作用下，T梁最大撓度比加固前有所增加，但改善幅度不大，故粘貼鋼板加固法在改善T梁的延性方面效果一般。

(3) 加固后裂縫區域減小幅度較大，說明粘貼鋼板加固提高T梁的抗裂性效果較好。

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收稿日期：2015-06-08

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.019