體外預應力加固對鋼筋混凝土T梁靜力性能影響

■鄭學忠

(福建省公路局管理局，福州 350004)

1 工程概況

某大橋上部為17孔20m跨徑鋼筋混凝土簡支T梁，下部構造中橋墩為雙柱式墩下配灌注樁基礎，橋臺為重力式U型配明挖擴大基礎。橋面寬度：凈9.00+2×1.50m人行道。設計荷載：汽—20，掛—100，人群 3.5kN/m2。外觀檢查中發現以下一些主要病害：

(1)橋面共出現64處橋面修補后碎裂，最大面積25m2。

(2)全部17跨T梁梁體均出現大量裂縫,總計4102條,縫寬在.08mm～0.30mm之間,裂縫總長3639.61m。其中出現269條貫穿裂縫，10條裂縫超限寬,最大縫寬0.30mm。

(3)全橋共有170個支座中，6個支座表面有裂紋(15%),3個支座剪切變形(7.5%)，最大變形值為1.4cm。矩形板式橡膠支座130個,其中15個支座表面有裂紋(11.5%),2個支座翹曲變形(1.5%),3個支座墊石碎裂(2.3%),2個支座墊石掉塊(1.5%)。

從T梁腹板延伸至梁底的裂縫判斷，部分裂縫已貫通梁底，此類裂縫為結構受力裂縫，表明該橋所有T梁已進入帶裂縫工作階段，且部分裂縫寬度已超過規范允許的寬度(0.25mm)，說明該橋結構承載能力有可能受損。

2 加固前靜力試驗

2.1 測試位置及測點布置

該橋為鋼筋混凝土簡支T梁，全橋T梁腹板均出現豎向和橫向裂縫，其中第三跨病害相對較多，因此選擇第三跨T梁作為代表T梁。試驗中測試第三跨跨中截面各T梁的應變和撓度，截面應變和撓度測點布置如圖1所示。

2.2 測試荷載及方法

圖1 跨中截面應變和撓度測點布置

該橋設計荷載為：汽－20級，掛－100，人群荷載為3.5kN/m2。本次試驗按設計標準活載產生的該試驗項目的最不利效應值等效換算，換算所需靜力荷載。試驗中采用4輛重約31t的三軸載重汽車 (前軸與中軸軸距3.45m，中軸和后軸軸距1.35m)進行加載試驗，產生的理論荷載效應和設計荷載效應比較如表1所示。

表1 試驗荷載理論效應值與設計荷載理論效應值比較

鑒于該橋外觀檢查表明梁體已進入帶裂縫工作階段，按鋼筋混凝土梁體在正常受彎階段帶裂縫工作理論，在已裂的截面上，梁底混凝土不符合平截面假定原理，因此本次試驗中T梁應變以梁底鋼筋為準，鑿開梁底混凝土后在縱向鋼筋上粘貼鋼筋應變片。撓度測試在采取在T梁梁底布設電子撓度儀，用靜態數據采集儀對數據進行采集。

2.3 靜力試驗結果

2.3.1 應變測試結果

根據表2繪制各片T梁應變橫向分布系數，如圖2所示。

表2 加固前應變測試結果

圖2 加固前應變橫向分布系數趨勢圖

2.3.2 撓度測試結果

根據表3繪制各片T梁撓度橫向分布系數，如圖3所示。

表3 加固前撓度測試結果

圖3 加固前撓度橫向分布系數趨勢圖

由圖2和圖3可知，在試驗荷載作用下，各片T梁橫向分布趨勢與剛接梁法計算理論分布趨勢一致，表明該橋T梁雖出現了較多的橫向和豎向裂縫，但總體橫向剛度尚可。

3 加固方案

根據該橋的病害特點以及加固前靜力試驗情況，設計單位采取了以下加固方案：對各構件存在的裂縫采用裂縫修補膠水進行修補；對主梁正截面抗彎采用無粘結體外預應力進行加固。預應力筋采用單根無粘結鋼絞線UPS15.20-1860，護套材料為單層高密度聚乙烯。張拉控制應力為0.6fkp=0.6×1860=1116MPa；拆除原橋橋面鋪裝(含伸縮縫)，重新施工橋面現澆層。單片T梁體外預應力加固示意圖如圖4所示。

4 加固后靜力試驗

4.1 測試位置及荷載

為便于比較，加固后測試斷面及測點布置與加固前相同，試驗荷載也采用4部重約31t的車輛進行加載。

4.2 試驗結果

由表4可知，加固后相同位置T梁鋼筋應變較加固前下降30.0%～36.5%，平均下降34%左右。

由表5可知，加固后相同位置T梁跨中撓度較加固前下降32.6%～41.2%，平均下降35%左右，結構剛度顯著提高。

圖4 單片T梁體外預應力示意圖

表4 加固后應變測試結果

表5 加固后撓度測試結果

5 結論

本文通過對一座出現較多梁底橫向裂縫和腹板豎向裂縫的普通鋼筋混凝土T梁進行了試驗分析，采用體外預應力方法對全橋進行加固，并在同一位置采用相同荷載對加固前后T梁的靜力性能進行分析，得到以下結論：

(1)盡管該橋T梁梁底和腹板出現了大量的裂縫，單片T梁抗彎能力明顯不足，但其實測橫向分布系數表明，其橫向連接性能與剛接梁法橫向連接性性能一致，橫向剛度和整體性尚可。

(2)體外預應力加固可顯著提高普通鋼筋混凝土T梁的剛度。對于相同的等效設計荷載，采用體外預應力對T梁進行加固后，單片T梁鋼筋應力下降30.0%～36.5%，平均下降34%左右；T梁跨中撓度較加固前下降32.6%～41.2%，平均下降35%左右。