預應力空心板梁不同加固方式下加固效果試驗對比研究

丁博

摘 要：預制空心板梁橋因具有成本低、施工速度快等優點，在國省道中被廣泛應用。然而，此類橋梁在實際使用過程中，不可避免的存在鉸縫破壞的情況，造成各梁板受力不均，甚至出現單板受力的情況。為了保證國省道的暢通及橋梁的運營安全，急需對此類橋梁進行修復與加固。以一座5跨簡支空心板梁橋為實例，介紹分析了該橋采用的橫向加固方法，并進行現場試驗，從荷載橫向分布系數及撓度的角度對比分析了不同加固措施的加固效果，為今后此類橋梁在加固措施的選擇上提供了可靠的依據。

關鍵詞：預制空心板梁橋；橫向聯系；鉸縫；加固；橫向分布系數

1 橫向加固技術分析

1.1工程概況

目前，國內針對空心板梁橋鉸縫破壞主要采用的修復方法為加強橫向聯系，常用的方法有：橫向鋼梁法、橫向預應力鋼絲繩法等[5]。這些方法使空心板連接成整體，共同受力，且施工簡單快速，對交通幾乎沒有影響，因此被大量采用。本文以一座5跨簡支預應力空心板梁橋為例，利用現場試驗對不同加固方式的加固效果進行了對比研究。

1.2橫向鋼梁法加固

1.2.1橫向鋼梁加固法原理

橫向鋼梁法是在預應力空心板梁底部橫向錨固鋼橫梁，與梁板構成整體，共同受力。加固后，預應力空心板梁之間橫向傳力特性由鉸接轉化為剛接，這樣鉸縫在橫向就能承受一定量級的橫向彎矩，可以使汽車荷載在各片梁板之間的橫向分布更趨于均勻，同時增設的鋼橫梁及鋼橫梁間的縱向預應力鋼絲繩也可一定程度上提高梁板底部受拉區的抗彎性能，并控制裂縫的發展。

1.2.2鋼橫梁布置方法

經過以上的分析，采用鋼橫梁加固后的空心板梁橋應當采用剛性橫梁法計算橫向分布系數，因此，利用鋼橫梁的剛度與橫向分布之間的關系就可以確定鋼橫梁的布設方式。

（1）利用鉸接板法計算原空心板梁橋的荷載橫向分布系數，以降低橫向分布系數最大值及保證橫向分布系數均勻為目標確定調整值；

（2）初步擬定鋼橫梁布置數量及間距；

（3）根據面內剛度等效原則將鋼橫梁等效為混凝土截面；

（4）利用剛接板梁法計算荷載橫向分布系數，與預期要求進行對比，若滿足要求，則確定加固方案，若不滿足，調整間距或鋼梁數量，重復計算分析，直至滿足要求。

1.3橫向預應力加固

1.3.1橫向預應力加固法原理

橫向預應力加固法主要解決了鉸縫抗剪強度不夠的問題，同時能夠承受一定的橫向彎矩，將空心板之間的橫向傳力特性由鉸接轉化為剛接。

與混凝土質量及施工因素相比較，新老混凝土之間的粘結力和摩阻力（摩阻力=摩阻系數×垂直力）是影響鉸縫抗剪強度的主要因素。因此，施加橫向預應力（即梁板間橫向垂直力）可以較大幅度的提高空心板間鉸縫的抗剪強度。

1.3.2橫向預應力布置原則

在橫向預應力加固法的實施中，布置橫向預應力一般需遵循以下原則：

（1）預應力空心板梁橋增設的橫向預應力在梁板間鉸縫位置處會生成消壓彎矩，可以抵消汽車活載作用下產生的橫向彎矩；

（2）無外力作用時，由橫向預應力產生的預應力空心板梁橋橋面鋪裝上緣最大拉應力不應大于混凝土抗拉強度的二分之一；

（3）增設的橫向預應力在預應力空心板梁橋鉸縫截面處的摩擦抗剪承載力必須大于鉸縫剪力的最不利設計值；

（4）橫向預應力在邊鉸縫截面處產生的預壓應力連續分布。

2 試驗結果分析

2.1試驗方案簡述

該橋為跨簡支空心板梁橋，每跨跨中為最不利截面，因此將應變及撓度測點布置在跨中截面，同時在梁端布置撓度測點抵消墩頂沉降的影響。

通過理論計算分析，每跨共需要兩輛重30噸的載重卡車，橫向輪間距1.8m，分為左偏載、中載及右偏載三個工況進行加載試驗。通過對各梁板的應變、撓度及荷載橫向分布系數的分析對比，評估各跨加固后的工作性能并分析不同加固方式的優劣。

2.2小結

（1）第三跨7#梁板數據在三個工況下均偏小，是由于現場測試誤差引起，在分析中可忽略。

（2）在左偏載工況下，第一跨（2道橫向槽鋼和3根預應力縱向鋼絲繩）的荷載橫向分布系數及撓度在第4、5片梁板間的有較大突變；第二跨（5根鋼板）的荷載橫向分布系數及撓度在第4、5、6片梁板間的變化不均勻，說明這兩種加固方法的荷載傳遞能力不佳；第三跨（橫向預應力加固法）和第四跨（5根橫向槽鋼加固）的荷載橫向分布系數及撓度的變化相對均勻。

3結論

根據現場試驗結果可以得到以下結論：

（1）第一跨（2道橫向槽鋼和3根預應力縱向鋼絲繩）和第二跨（5根鋼板）所采取的加固方法所提供的橫向抗彎能力不足，在汽車荷載作用下，局部變形較大，荷載在梁板間的傳遞不均勻；

（2）第三跨（橫向預應力加固法）和第四跨（5根橫向槽鋼加固）的加固方法則分別提供了足夠的抗剪能力和橫向抗彎能力，因此第三跨及第四跨的荷載橫向分布系數及撓度在橫向的分布均比較均勻；

（3）從第二跨與第三跨的對比結果可知，在鋼板數量及間距相同的情況下，鋼板的剛度越大，加固效果越好；

（4）從第三跨與其他三跨的對比結果可知，橫向預應力加固法要優于橫向鋼梁加固法。

參考文獻

[1] 云清. 2015年交通運輸行業發展統計公報（公路部分）[J]. 商用汽車，2016（6）.

[2] 魏明光，李國平. 預制裝配式空心板梁橋橫向連接方式的比較[J]. 結構工程師，2012，28（5）：25-30.