體外預應力加固技術在簡支T梁橋中的應用研究

張　弢

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

?

體外預應力加固技術在簡支T梁橋中的應用研究

張弢

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

摘要：以某簡支T梁橋采用體外預應力加固為例，通過有限元模擬計算，分析了通過體外預應力加固的簡支T梁性能上的改變，進一步總結了體外預應力加固簡支T 梁的特點及適用條件，可為同類體外加固的橋梁提供參考和借鑒。

關鍵詞：體外預應力；簡支T梁；加固

1體外預應力加固橋梁的原理及特點

(1)自重小，對原有結構的受力情況改善幅度較大；

(2)對結構性能的改善主要體現在提高結構的剛度和抗裂性能；

(3)灌漿質量便于檢查，修補及更換方便；

(4)能有效的控制原有結構的裂縫及撓度；

(5)所需的設備及人力均投少，工期短。

2體外預應力加固簡支T梁實例

2.1　工程概況

某橋的上部結構為鋼筋混凝土簡支T梁，標準跨徑20.0 m，原設計荷載為公路-Ⅱ級。主梁的混凝土采用C30，縱向主筋采用HRB335級。目前該橋因為通量日益增加，不能滿足正常的通行要求，需要將該橋的設計荷載提高至公路-Ⅰ級。通過前期方案的討論，決定采體外預應力加固的方法來加固次橋，具體方案為：體外預應力設置2束鋼絞線，截面面積Ap,e=139×2×2=556 mm2，抗拉強度標準值1 860 MPa，抗拉強度設計值1 260 MPa，彈性模量為Ep,e=1.95×105MPa。此橋的體外預應力加固采用下撐式拉桿加固方法，斜桿上端錨固與靠近端橫梁處的梁肋頂部，加固后跨中的截面配筋見圖1，體外索縱向布置形式見圖2。

圖1　加固后橫截面圖(單位：mm)

2.2　加固模型

本橋的加固計算是采用Midas有限元軟件對進行數值模擬計算。在有限元建模中，不考慮其相對滑移，假定梁體內的普通鋼筋與混凝土良好的黏結。體外預應力鋼筋是采用桁架單元模擬，在轉向處與混凝土單元剛性連接，混凝土單元則采用8節點6面體實體單元，其余的縱向鋼筋及架立鋼筋等單元采用植入式鋼筋單元，當鋼筋的應力達到了抗拉強度時鋼筋屈服，鋼筋的應力將不再增加。作用在鋼筋混凝土梁上的荷載為恒載和通過荷載橫向分布系數求得的活載，邊界條件采用一般支撐簡支邊界條件。

2.3　加固施工過程計算模擬

(1)把單元欄中混凝土單元和鋼筋單元激活，邊界條件欄選取一般支承，荷載欄自重和二期恒

(2)激活單元欄中的體外預應力單元，同時激活荷載欄中的施加的體外預應力荷載；

(3)選擇施加車道荷載。

在承載能力的計算方面，分為兩種荷載工況來考慮：一種是在固前，未施加體外預應力，按照規范要求進行最不利荷載組合作用；另一種是加固后，施加體外預應力，同樣是按照規范要求進行最不利荷載組合作用。

2.4　應力分析

計算結果顯示：

(1)加固前的混凝土主拉應力大部分在-1.14～2.16 MPa之間，由于施加體外預應力，加固后的混凝土的主拉應力大部分在-2.05～1.86 MPa之間，這表明加固后的混凝土的主拉應力得到明顯的改善。

(2)加固前的混凝土主壓應力大部分在-12.9～0.96 MPa之間，由于施加體外預應力，加固后的混凝土的主壓應力大部分在-7.88～-0.86 MPa之間，這表明采用體外預應力加固，使得混凝土的主壓應力得到明顯的改善。也就是說，通過施加體外預應力，使得本橋的受力情況得到了較大幅度的改善。

2.5　加固前后撓度分析

鋼筋混凝土梁橋在新建和加固的計算上是有區別的，因為加固計算存在“二次受力”問題。在進行加固計算時，因為鋼筋混凝土梁橋在的自重作用，梁體已出現一定的變形。采用體外預應力加固所采用的加固材料與原有構件共同承受上部活載。本橋加固以前，跨中截面變形值為58.09 mm，而在采用體外加固后，跨中截面變形值為減小為42.52 mm。通過加固前后變形值的對比可以看出，施加體外預應力產生的反拱值可以對活載產生的變形值進行部分抵消。

2.6　加固前后裂縫分析

從鋼筋混凝土梁橋加固前后開裂狀態分布圖3可知，采

用體外預應力加固鋼筋混凝土T梁橋后，使得梁體的截面應力有所減小，截面上裂縫發展高度和寬度均有一定的，部分裂縫甚至出現了閉合的現象。因此，從以上的分析可以看出，通過施加體外預應力，是能有效改善鋼筋混凝土T梁橋截面受力狀況及限制其裂縫的發展的。

圖3　鋼筋混凝土梁橋加固前后跨中截面開裂狀態分布圖

通過以上的計算結果表明，體外預應力加固作為一種主動加固方法，加固效果比較理想。承載力得到了較大提高，撓度及開裂狀況得到了改善。

3結論

通過有限元模型的仿真分析，采用體外預應力加固簡支T梁可以得出以下結論：

(1)有效改善結構控制截面的受力情況及變形，較大提高構件的承載能力；

(2)使用荷載下，原受彎構件抗彎強度不足，或剛度不足，裂縫過多、過寬時，適宜采用此法加固。

總之，體外預應力加固的方法可用于提高結構的極限承載力和剛度，尤其是當上部結構應力或變形嚴重時，效果更為顯著。

參考文獻：

[1]江祥林 . 體外預應力加固橋梁技術與工程實例[M].北京.人民交通出版社，2013.

[2]姜紅光，王廷臣，徐輝.體外預應力加固混凝土簡支梁的試驗研究[J].公路交通科技，2006，(3).

[3]田宇，康宇環.體外預應力加固簡支梁橋的應用[J].低溫建筑技術，2013，(11).

[4]高金萍，崔巍，體外預應力加固簡支鋼箱梁的分析[J].科技信息，2007，(15).

收稿日期：2015-06-12

中圖分類號：U445

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2015)08-0094-01