幾種受損橋梁梁板加固方案試驗研究

李洪印，劉 康，王清明，孟 濤

（1.齊魯交通發展集團有限公司，山東 濟南 250101；2.山東省交通規劃設計院有限公司，山東 濟南 250031；3.山東省工程監理咨詢有限公司，山東 濟南 250102）

引言

隨著橋梁運營時間的增長，橋梁結構不可避免的會出現開裂、破損等不同病害，為了保障道路通行安全，需對出現影響結構安全病害的橋梁進行維修加固處置[1]。橋梁日常加固維修中使用較多的方案為粘貼鋼板加固，但由于加固鋼板易銹蝕，該加固方案后期需投入較多的養護成本。故為了尋找更多的加固方案，并探究各方案的實際加固性能，對3塊采取不同加固方案處置及作為標定的僅進行局部修復的實橋梁板進行荷載試驗。

1 工程概況

荷載試驗中梁板為高速公路某橋梁維修項目中拆除的梁板，單根梁板長20 m，寬1 m，高85 cm。由于梁板存在不同程度的損傷，為保證試驗加固效果的公平有效性，試驗選擇梁板損傷程度相近，并均進行了局部修復工作。

考慮到梁板加固效果及施工便利性，選擇粘貼高強鋼絲布加固、粘貼玻纖維板加固及預應力碳纖維板加固3種方案對試驗梁板進行加固處理[2]。

（1）高強鋼絲布是由特殊制造的強度高于普通鋼材6～9倍的高模量鋼絲編織而成的單向網布，配合膠粘劑或修補砂漿應用于混凝土或砌體結構加固。高強鋼絲布具有較好的機械性能和抗剪能力，加固施工時易于處理和彎曲成型。高強鋼絲布加固處置流程：基底處理→混凝土基面涂抹砂漿→鋪設高強鋼絲布→按壓→鋼絲布表面涂沫砂漿→刮刀抹平→固化，見圖1。

（2）玻纖維板是由玻璃纖維和聚合樹脂材料加工而成，具有良好的抗拉性能及防腐性能。玻纖維板加固流程：基底處理→混凝土基面涂抹砂漿找平→底板和玻板對應位置打孔→玻纖維板表面涂沫專用膠→分段粘貼玻纖維板→高壓注膠→修補孔隙→固化養護，見圖2。

（3）預應力碳纖維板加固系統是由碳纖維板和兩端錨具組成，預應力碳板在增加結構的強度和剛度的同時既能減少結構的撓度變形，又能減少和封閉裂縫[3-4]。預應力碳纖維板加固流程：基底處理→混凝土基面涂抹砂漿→鉆錨栓孔、安裝錨栓→安裝固定端和張拉端錨具→碳板表面涂抹專用結構膠→安裝碳纖維板→進行張拉→拆除張拉工具→固化養護，見圖3。

圖1 高強鋼絲布施工過程（鋪設鋼絲布）

圖2 玻纖維板施工過程（支撐固化養護）

圖3 預應力碳板施工過程（固化養護）

荷載試驗涉及4片梁板維修加固處置情況見表1。

表1 梁板維修加固處置情況

2 試驗方案

梁板靜載試驗主要測試梁板控制截面的應變、撓度及裂縫開展情況，從而評估加固梁板的承載能力[5-6]，見圖4、圖5。

圖4 荷載試驗加載裝置（立面）

荷載試驗采用反力架千斤頂加載，采用擴大混凝土塊作為錨固基礎，通過精軋螺紋鋼和橫向鋼架進行傳力，荷載試驗采取兩點加載方式。

圖5 荷載試驗加載裝置（剖面）

應變測點布置在試驗梁八分點截面，每個截面布置8個應變測點；撓度測點布置在試驗梁支座、跨中及四分點截面位置，見圖6、圖7。

圖6 應變測點布置（cm）

圖7 撓度測點布置（cm）

每片試驗梁均分為兩個加載工況，第一個工況為加載到各測試截面均達到或接近設計承載能力極限狀態，第二個工況為加載到實際極限破壞狀態或加載到終止條件達到。根據試驗規范規定，確定試驗終止條件[7]：（1）上限終止條件。① 受拉主鋼筋拉斷。② 受壓混凝土壓壞。（2）下限終止條件。① 對有物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋應力達到屈服強度，受拉應變達到0.01。② 最大撓度達到跨度的1/50（對于本項目為38 cm）。③ 受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5 mm。④ 根據現場條件，并結合加載方式，以最終達到完全破壞為目的，確定試驗空心板梁的最終中止條件。（3）其他終止暫停、條件：① 加固材料如纖維板、玻板等材料破壞后，無法繼續提供加固效果時，暫停加載，根據試驗進行情況進行記錄并決定是否繼續進行加載。② 加固材料與梁體間產生滑移、變位、預應力錨固問題等情況時，無法繼續提供加固效果時，暫停加載，并根據試驗進行情況進行記錄并決定是否繼續進行加載。③ 加固材料產生裂縫但可以繼續提供加固效果時，記錄加固材料發展變化形態并進行進一步加載，根據梁體加載情況（1）、（2）決定加載終止條件。

3 試驗結果及分析

3.1 破壞形態

考慮到安全因素及千斤頂行程原因，試驗除3#玻纖維板加固梁板外，其余梁板加載終止條件為受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度超過1.5 mm。試驗過程中結構的主要反應為隨著荷載增加，梁體撓度不斷變大，變形從線性逐步向非線性發展；裂縫首先在跨中5 m范圍內出現，隨著加載量的增大，裂縫不斷增多，原有裂縫逐漸擴展，寬度不斷增加，開裂范圍逐漸向支點處延伸。

3.2 開裂荷載與極限荷載

3種加固方式對于試驗梁板的開裂荷載及極限荷載均有不同程度的提升。對于開裂荷載，玻纖維板加固方式相對普通修補的試驗梁提升了51.32%；對于極限荷載，預應力碳纖維板的加固方式效果最為顯著，提升了50.77%的極限荷載值，具體荷載結果見表2。

表2 試驗梁開裂荷載與極限荷載對比

3.3 應變結果

高強鋼絲布、玻纖維板及預應力碳纖維板加固試驗梁的加固方式對于發揮受壓區混凝土的受壓變形性能均有明顯提升，主要體現在跨中受壓區應變提升上，見表3。

表3 試驗梁最大混凝土應變對比

預應力碳纖維板和玻纖維板加固試驗梁的跨中混凝土應變相較普通試驗梁各有63.25%、67.70%的提升，在此空心板結構下這兩種加固方式更能發揮出受壓區混凝土的性能，也最能使梁體受力過程中的截面應變分布達到更均衡的分布狀態。

3.4 梁體撓度特征

3種加固方式對于試驗梁最大撓度有著不同程度的提升，相較普通修補的試驗梁，預應力碳纖維板和玻纖維板的最大撓度分別提升54.4%和64.7%，見表4。

試驗梁跨中荷載-撓度曲線見圖8，可以看出，三種加固方案試驗梁在加載初期的線性段基本重合，且效率明顯大于普通修補的試驗梁，表明整體結構抗力得到加強。

表4 試驗梁最大撓度對比

圖8 試驗梁跨中荷載-撓度曲線

4 結語

試驗結果表明，三種加固方式均可取得不錯的加固效果，而且施工效率較高，后期使用過程中不需要定期維護，可以推廣應用于類似橋梁受損梁板的加固維修。