体外预应力加固技术在简支T梁桥中的应用研究

张　弢

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)



体外预应力加固技术在简支T梁桥中的应用研究

张弢

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

摘要：以某简支T梁桥采用体外预应力加固为例，通过有限元模拟计算，分析了通过体外预应力加固的简支T梁性能上的改变，进一步总结了体外预应力加固简支T 梁的特点及适用条件，可为同类体外加固的桥梁提供参考和借鉴。

关键词：体外预应力；简支T梁；加固

1体外预应力加固桥梁的原理及特点

(1)自重小，对原有结构的受力情况改善幅度较大；

(2)对结构性能的改善主要体现在提高结构的刚度和抗裂性能；

(3)灌浆质量便于检查，修补及更换方便；

(4)能有效的控制原有结构的裂缝及挠度；

(5)所需的设备及人力均投少，工期短。

2体外预应力加固简支T梁实例

2.1　工程概况

某桥的上部结构为钢筋混凝土简支T梁，标准跨径20.0 m，原设计荷载为公路-Ⅱ级。主梁的混凝土采用C30，纵向主筋采用HRB335级。目前该桥因为通量日益增加，不能满足正常的通行要求，需要将该桥的设计荷载提高至公路-Ⅰ级。通过前期方案的讨论，决定采体外预应力加固的方法来加固次桥，具体方案为：体外预应力设置2束钢绞线，截面面积Ap,e=139×2×2=556 mm2，抗拉强度标准值1 860 MPa，抗拉强度设计值1 260 MPa，弹性模量为Ep,e=1.95×105MPa。此桥的体外预应力加固采用下撑式拉杆加固方法，斜杆上端锚固与靠近端横梁处的梁肋顶部，加固后跨中的截面配筋见图1，体外索纵向布置形式见图2。

图1　加固后横截面图(单位：mm)

2.2　加固模型

本桥的加固计算是采用Midas有限元软件对进行数值模拟计算。在有限元建模中，不考虑其相对滑移，假定梁体内的普通钢筋与混凝土良好的黏结。体外预应力钢筋是采用桁架单元模拟，在转向处与混凝土单元刚性连接，混凝土单元则采用8节点6面体实体单元，其余的纵向钢筋及架立钢筋等单元采用植入式钢筋单元，当钢筋的应力达到了抗拉强度时钢筋屈服，钢筋的应力将不再增加。作用在钢筋混凝土梁上的荷载为恒载和通过荷载横向分布系数求得的活载，边界条件采用一般支撑简支边界条件。

2.3　加固施工过程计算模拟

(1)把单元栏中混凝土单元和钢筋单元激活，边界条件栏选取一般支承，荷载栏自重和二期恒

(2)激活单元栏中的体外预应力单元，同时激活荷载栏中的施加的体外预应力荷载；

(3)选择施加车道荷载。

在承载能力的计算方面，分为两种荷载工况来考虑：一种是在固前，未施加体外预应力，按照规范要求进行最不利荷载组合作用；另一种是加固后，施加体外预应力，同样是按照规范要求进行最不利荷载组合作用。

2.4　应力分析

计算结果显示：

(1)加固前的混凝土主拉应力大部分在-1.14～2.16 MPa之间，由于施加体外预应力，加固后的混凝土的主拉应力大部分在-2.05～1.86 MPa之间，这表明加固后的混凝土的主拉应力得到明显的改善。

(2)加固前的混凝土主压应力大部分在-12.9～0.96 MPa之间，由于施加体外预应力，加固后的混凝土的主压应力大部分在-7.88～-0.86 MPa之间，这表明采用体外预应力加固，使得混凝土的主压应力得到明显的改善。也就是说，通过施加体外预应力，使得本桥的受力情况得到了较大幅度的改善。

2.5　加固前后挠度分析

钢筋混凝土梁桥在新建和加固的计算上是有区别的，因为加固计算存在“二次受力”问题。在进行加固计算时，因为钢筋混凝土梁桥在的自重作用，梁体已出现一定的变形。采用体外预应力加固所采用的加固材料与原有构件共同承受上部活载。本桥加固以前，跨中截面变形值为58.09 mm，而在采用体外加固后，跨中截面变形值为减小为42.52 mm。通过加固前后变形值的对比可以看出，施加体外预应力产生的反拱值可以对活载产生的变形值进行部分抵消。

2.6　加固前后裂缝分析

从钢筋混凝土梁桥加固前后开裂状态分布图3可知，采

用体外预应力加固钢筋混凝土T梁桥后，使得梁体的截面应力有所减小，截面上裂缝发展高度和宽度均有一定的，部分裂缝甚至出现了闭合的现象。因此，从以上的分析可以看出，通过施加体外预应力，是能有效改善钢筋混凝土T梁桥截面受力状况及限制其裂缝的发展的。

图3　钢筋混凝土梁桥加固前后跨中截面开裂状态分布图

通过以上的计算结果表明，体外预应力加固作为一种主动加固方法，加固效果比较理想。承载力得到了较大提高，挠度及开裂状况得到了改善。

3结论

通过有限元模型的仿真分析，采用体外预应力加固简支T梁可以得出以下结论：

(1)有效改善结构控制截面的受力情况及变形，较大提高构件的承载能力；

(2)使用荷载下，原受弯构件抗弯强度不足，或刚度不足，裂缝过多、过宽时，适宜采用此法加固。

总之，体外预应力加固的方法可用于提高结构的极限承载力和刚度，尤其是当上部结构应力或变形严重时，效果更为显著。

参考文献：

[1]江祥林 . 体外预应力加固桥梁技术与工程实例[M].北京.人民交通出版社，2013.

[2]姜红光，王廷臣，徐辉.体外预应力加固混凝土简支梁的试验研究[J].公路交通科技，2006，(3).

[3]田宇，康宇环.体外预应力加固简支梁桥的应用[J].低温建筑技术，2013，(11).

[4]高金萍，崔巍，体外预应力加固简支钢箱梁的分析[J].科技信息，2007，(15).

收稿日期：2015-06-12

中图分类号：U445

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2015)08-0094-01