基于正交空心板桥的横向加固试验研究

基于正交空心板桥的横向加固试验研究

凌杰

（攀枝花公路建设有限公司，攀枝花 617000）

摘要：根据现有的空心板桥加固理论[1]，依托有限元软件建立模型。设计实验分别对不同工况下的加固效果进行分析，将实桥有限元模型与钢横梁加固有限元模型基于理论层面进行不同工况下的对比，着重推算分析了加固后的空心板桥的铰缝传力能力、横向连接整体力学性能和竖向形变的三个方面。根据实验结果，我们提出了在空心板板底粘贴锚固钢横梁的方法，从而提高了空心板全桥的整体刚度。用实验的方法证明了在空心板板底粘贴锚固钢横梁的方法的可靠性，为今后空心板桥的加固应用提供了理论依据和实践指导。

关键词：正交空心板；横向联系加固法；钢横梁；静载试验

1 实验研究现状

目前，在中国的市政道路中存在相当多的空心板结构的桥[2]。众所周知，空心板桥因长久的交变荷载及前期不够科学合理的施工方法等因素，导致大量病害涌现在空心板桥上，由于加固桥梁可快速恢复交通，并且获得比较可观的经济价值。

因而，为了解决空心板桥的这一类病害问题，技术人员给出了以下办法：体外预应力加固法、加强横向联系加固法等[3]。本文重点研究，如何使用加强横向联系加固法来解决铰缝破坏问题。

图1 增加横向联系加固法

2 实验理论依据

本文是依据空心板加固理论进行的实验研究，如果加固后，空心板的横向分布影响线达到铰缝无损状态，则说明加固效果显著。

2.1铰接板横向分布计算理论

装配式板梁桥[4]是一个立体的空间布局，现阶段空心板桥梁主要采用传统式支承板（梁）法推算荷载的横向分布状况。

图2 铰接板梁桥受力特点

将挠度当做分析横向分布值的经济指标，横向分布影响线依照如下计算：

         （2.1）

式中：

横桥向所有梁板处的影响线对应的值

单位荷载作用在第i号梁跨中时导致的第j号梁跨中处的挠度值

3 实验设计

3.1试验模型设计

本文针对空心板足尺实桥模型进行一系列试验。根据实际情况，空心板足尺模型跨径为10米，桥宽为12米。空心板边板共2片，中板共7片，板厚均为50cm。空心板用C40混凝土浇筑。

实桥及荷载桥型布置图如图3~图5所示。

图3实桥模型

图4桥型布置图

图5空心板横断面布置图

3.2试验方案设计

3.2.1试验内容及目的

通过对桥梁实体模型采用不同的横向联系加固方式[6]，验证理论分析结果。具体内容为以下两点：

①试验载荷下加固前后应力（应变）的变化；

②试验载荷下加固前后挠度的变化。

3.2.2试验工况及测点布置

本次试验工况从以下两个方面进行设计：

①空心板间位移横向分布

中载：中跨截面的正弯矩和挠度是最不利截面；偏载：中跨截面的正弯矩和挠度是最不利截面。

②空心板间铰缝协同工作性能

工况一：铰缝完好；工况二：铰缝完好+钢横梁加固；工况三：铰缝完全失效；工况四：铰缝完全失效+钢横梁加固

3.2.3试验方法

1）试验前，记录好诸如车辆轮距、轴距尺寸以及实际载重等原始数据；

2）按照试验方案安装好应变片，同时设置温度补偿片，然后布置挠度测点，安装百分表；

3）把各仪器用导线连接起来，检查各仪器的使用状态确保能正常工作；

4）预加载后再次检查各设备仪器，确定无误后可正式加载。

3.3钢横梁加固有限元模型

采用有限元计算软件Midas/Civil建立实桥全桥梁格模型，计算控制截面（跨中截面）最不利弯矩工况的理论挠度值[5]。该桥被划分成310个单元，312个节点。

图6 实桥有限元梁格模型

图7 钢横梁加固有限元模型

3.4挠度变化与应变变化试验结果分析

①通过有限元分析计算，得到挠度如下数据:

1）在中载作用下，典型工况一、二、三、四下各板理论挠度如图8所示。

图8 中载下各工况下空心板跨中理论挠度变化图

2）在偏载作用下，典型工况一、二、三、四下各板理论挠度如图9所示。

图9 偏载下各工况空心板跨中理论挠度变化图

②通过有限元计算，获得应变如下数据：

1）在中载作用下，典型工况一、二、三、四下各板理论应变如图10所示。

图10 中载下各工况空心板跨中理论应变变化图

2）在偏载作用下，典型工况一、二、三、四下各板的理论应变如图11所示。

图11 偏载下各工况空心板跨中理论应变变化图

对比工况一和工况二可以看出，在空心板铰缝完好的情况下，梁底增设钢横梁对增大全桥整体刚度的贡献不明显，各板受力更加均衡；从工况三可以看出，在铰缝完全破坏的情况下，空心板出现单板受力现象十分明显；对比工况三和工况四，在空心板铰缝完全破坏的情况下，梁底增设钢横梁能明显改善各空心板受力情况。

4 结论

本文主要对横向增设钢管和铰缝灌胶这两种横向加固空心板桥方法进行了研究。主要结论如下：

1）在铰缝完好的状况下，在空心板底加设钢横梁对增大全桥整体刚度的贡献不明显，各板受力更加均衡。

2）在铰缝完全毁坏的状况之下，各个空心板发生单板受力的现象，对于空心板展开铰缝灌胶与加设钢横梁妥善处理以后，会有效改善全桥空心板的受力状况，相比仅有铰缝灌胶或者加设钢横梁实际效果应该更好。

参考文献(References)：

[1]秦禄生.重载条件下小跨径简支板桥的横向铰接能力分析[J].公路,2007

[2]赵慧芳.铰接板梁桥加固时单板受力原因及加固方法[J].科协论坛,2007(6)

[3]陈建华.空心板梁桥单板梁受力分析及预防措施[J].中外公路,2007(6)

[4]刘近龙.空心板桥整体加固技术研究[D]. [硕士学位论文].西安：长安大学,2012

[5]胡巧玲.装配式预应力混凝土空心板梁加固方式的探讨[J].铁道建筑,2009:27-28

[6]吴后选,严定坤.体外横向预应力在药湖大桥上部构造加固中的应用研究[J]公路交通科技:应用技术版,2008：97-100.

作者简介：凌杰(1989-)，男，一级建造师，主要从事与高速公路有关的新建、检测、加固等工作。E-mail：269760212@qq.com.