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预应力高强钢丝绳加固钢筋混凝土板梁试验研究论文
发布时间:2019-02-16 12:12:13 编辑: wb

对于建筑的研究,我们有着颇有深度的见解,尤其是在钢筋和混凝土的合成方面,我们怎么做才能达到我们最为理想的效果呢?想必说到这里,大家一定有着自己想要说的话!

摘要:预应力高强钢丝绳加固法是一种新兴的加固补强技术,其加固原理是通过对预应力高强钢丝施加预应力来抵消部分外荷产生的内力,从而提高梁体的承载力,改善梁体的使用功能。本文针对2片服役13年的钢筋混凝土板梁,进行加固前后荷载试验,分析比对板梁挠度、应力、裂缝试验数据。结果表明,预应力高强钢丝绳加固能够显著提高钢筋混凝土板梁的刚度及承载能力,有效抑制裂缝开裂宽度,该技术值得在实际桥梁维修加固工程大力推广应用。

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关键词:预应力高强钢丝绳;钢筋混凝土;板梁;加固

1.试验概况

1.1 试验梁概况

该桥位于天津市某高速公路上,建成于2004年。桥梁设计荷载标准:汽车20级、挂车—120,上部结构采用跨径为8m的钢筋混凝土板梁,单幅桥面横向布置为:0.5m(防撞墙)+3×3.75m(车行道)+0.75 m(中央分隔带)桥梁每跨长度为8m。板梁底板配置11根直径25mm的二级钢筋,混凝土标号为C30。为分析预应力钢丝绳加固对钢筋混凝土梁受力性能的改善,选取2片梁进行试验,2片试验梁梁底均存在横向裂缝,外侧主筋均存在一定的外漏和锈蚀。1号梁不进行加固,直接进行加载试验,2号梁在采用预应力钢丝绳加固后,进行加载试验。

1.2试验梁加固设计

加固实施前,首先要进行试验梁加固设计。采用极限承载力和荷载平衡两种方法计算所需施加预应力大小,得出试验梁预应力的施加范围为600kN800kN。由于钢丝绳绳端张拉力值过大时,容易产生滑移,产生较大的预应力损失。因此,最终加固时确定单根钢丝绳的张拉力8.82kN,钢丝绳的数量为80根,分两层布置,总张拉力为705.6kN

按规范要求,进行验算。布置两层钢丝绳之后,原有受拉区钢筋重心下移。钢筋和钢丝绳重度近似,通过截面面积大小估算重心位置。经验算,不会发生超筋破坏。

1.3 预应力高强钢丝绳加固施工

预应力高强钢丝绳抗弯加固混凝土结构的关键在于端部锚具,既要保证锚具有效固定在板梁底,还要保证预应力高强钢丝绳有效锚固,从而实现预应力钢丝绳承担的弯矩向待加固梁体传递,进而有效提高待加固梁体的抗弯承载力。施工工序依次为:施工器械板端部槽口的开凿端部锚具的制作及其固定端部槽口灌注端部锚固砂浆预应力钢丝绳下料制作与挤压锚头的挤压预应力钢丝绳的张拉与锚固端部锚固砂浆及底部防护砂浆的浇注。图1.11.2为加固施工现场图片。

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1.1  端部槽口的开凿图                    1.2  端部锚具图

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1.3  一层张拉完毕             1.4  底部防护砂浆(聚合物砂浆)

 

1.4 试验工况设计

对于8m简支钢筋混凝土板梁,试验时支座中心间距离7.7m(计算跨径)。两点加载,加载点间距1.4m,见图1.5。挠度及应力测点分别布置在L/4L/2处,其中,由于板梁均已开裂,布置应力测点时,在相应位置板梁开槽后,置于纵向钢筋上。

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1.5 试验加载示意图

加载至设计荷载,跨中截面设计弯矩值为267.5kN·m(考虑活载汽超-20作用88.7kN·m,二期恒载作用178.8kN·m);加载至承载能力极限荷载,跨中截面控制弯矩值为371kN·m(考虑截面抗弯承载能力501kN.m,减去自重作用130kN·m)。分别对2片试验梁进行分级加载,分级加载步骤如表1.1所示。

1.1 分级加载数据

试验分级

分配梁加载值(t

跨中实际弯矩值(kN•m

试验分级

分配梁加载值(t

跨中实际弯矩值(kN•m

1

4

97.61

8

16

390.43

2

8

195.22

9

17.6

429.48

3

9.6

234.26

10

19.2

468.52

4

11.2

273.30

11

20

488.04

5

12

292.82

12

21.6

527.08

6

13.6

331.87

13

23.2

566.13

7

15.2

370.91

14

24

585.65

 

2.试验结果分析

2.1 挠度试验结果分析

挠度检测数据如图2.12.2所示。

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2.1  荷载作用下梁体挠度-荷载曲线图       2.2  挠度为L/600时加载值比对

 

由图2.1分析可知,加固后的板梁在试验荷载作用下,跨中挠度明显降低,随着加载值的增加,预应力钢丝绳的作用显示出来。由图2.2分析可知,未加固板梁跨中挠度达到L/600限值时,加载值为16.2t,小于原设计计算荷载值18.6t,满足设计荷载(11t)要求,但是板梁整体刚度小于原设计刚度,板梁加固后加载至20.8t时,跨中挠度达到L/600,大于原设计加载值,加固后板梁整体刚度得到一定提升。

2.2  应力试验结果分析

应力检测数据如图2.3所示。

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L/4截面                                L/2截面

2.3  试验荷载作用下板梁不同截面钢筋应力

由图2.3分析可知,采用预应力钢丝绳加固后板梁钢筋应力变化值得到明显降低,加固前加载至15t,达到极限承载能力后,跨中钢筋应力增加呈现非线性递增,说明板梁横向裂缝开始明显上延伸。

2.3  裂缝检测结果分析

裂缝检测数据如图2.4所示。

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2.4  荷载作用下板梁横向裂缝宽度变化示意图

由图2.4分析可知,采用预应力钢丝绳加固后板梁横向裂缝宽度变化值呈现线性增长,但相对于未加固的板梁,裂缝宽度得到明显降低,说明采用预应力钢丝绳加固能够有效限制裂缝的开裂。

综上,总结采用预应力钢丝绳加固后的板梁跨中挠度、钢筋应变、裂缝宽度的降低幅度,数据如表2.1所示。

2.1  采用预应力钢丝绳加固的板梁各项试验指标下降幅度

试验阶段

设计荷载(11.2t

承载能力极限荷载(15.2t

挠度下降幅度

14.4%

19.4%

钢筋应力下降幅度

24.5%

25.5%

最大裂缝宽度下降幅度

33.3%

33.3%

由表2.1分析得到,与未加固板梁相比,采用预应力钢丝绳加固后,试验板梁挠度降低15%20%,钢筋应力降低约25%,裂缝宽度开展降低程度约为33.3%,加固效果较为明显。静载试验中,试验梁承受荷载越大,对抗弯刚度改善效果体现的越明显;而对钢筋应力和裂缝开展的改善程度基本维持在一个较高水平,利用预应力钢丝绳加固可有效恢复和提高钢筋混凝土板梁的正常极限使用性能和承载能力极限性能,对于开裂严重的钢筋混凝土板梁来说,加固效果显著。

3 结论

针对既有存在梁体横向裂缝的钢筋混凝土板梁,采用预应力钢丝绳进行加固后,板梁刚度和抗裂性得到了明显提升,结果表明,预应力钢丝绳在加固开裂的钢筋混凝土板梁方面,有较好的推广价值。在试验过程中,笔者发现加固后预应力钢丝绳的耐久性值得重视,由于施工工艺原因,现场采用表面抹环氧砂浆的方式覆盖钢丝绳表面,但是板梁在承载荷载后,环氧砂浆会出现开裂情况,预应力钢丝绳就会暴露在空气中,容易引起锈蚀,在加固的防护工艺还需进一步完善。

参考文献:

[1]吴刚,安琳,吕志涛.碳纤维布用于钢筋混凝土梁抗弯加固的试验研究[J].建筑结构,2000,30(7):3-6.

[2]张继文,吕志涛.预应力加固钢筋混凝土简支梁的受力性能与分析计算[J].建筑结构,1995(9):18-30.

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