在役桥梁预应力混杂纤维布加固后静载试验研究

在役桥梁预应力混杂纤维布加固后静载试验研究

周云龙张弘引

华北理工大学河北唐山063210

摘要：近些年来，国家倾向大规模建设铁路等运输系统，在此过程中建设跨河跨峡谷的高架桥等基础设施是不可或缺的步骤。地震破坏铁路线就会导致城市交通瘫痪，引发严重后果。本文从箱型墩加固角度阐述一个在役桥梁预应力混杂纤维布加固后静载的试验，着力于改善空心桥墩箱型构件面临的传统混凝土与钢筋结合诸多不便方面的问题。

关键词：预应力；混杂纤维布；桥梁加固；静载试验

前言

与曾经沿用的实心构件相比，箱型构件具有材料力学性质优良，抗扭曲强度高等特性，同时用料较少，是目前比较常用的构件类型。但是箱型墩也存在一些需要注意的问题，现代桥梁很少考虑箱型墩的抗震问题，然而桥墩一旦经不住地震就会造成严重的交通瘫痪，因此这方面其实存在着极大的隐患。下文为关于混杂纤维布加固的桥梁的预应力分析。[1]

1常用桥墩现状

桥墩在多角度承受风压水压地震等力的能力是桥墩设计时需要着重考虑的要点，箱型构件结构整体性较好，各种应力承受力也不会弱于实心构件，同时能大大减少成本，受到广大建设商的青睐。但是箱型墩尤其是高墩以及薄壁墩在面对地震时的抗震性能很少被考虑，线性剪切变形的问题易于解决，这一步中最大的难题在于非线性的剪切形变，主要起因是材料限制，传统混凝土经常不能和钢筋混合完美，会留出大量缝隙甚至形成空洞，导致桥墩的质量受到损害，并影响其寿命。还有新颖易行的结构以及先进抗压力学性能良好的材料的应用也将会是今后建筑学必须研究的要点。

2在役桥梁柱分析

箱型墩构件是当前最受欢迎的构件，但其中也存在着一些不够完备的问题。首先其构件复杂，如果用普通的混凝土施工，则就不具备很好的可操作性，而如果用特种混凝土则大大增加了其成本，不仅与实心构件比起来优势不大，还可能具有一些其他的缺陷。然后就是箱型墩其配筋过密，使用传统混凝土时其效果不好，并不能完美的与钢筋进行混合从而形成有效握裹，这样以来构件尤其是底部很容易出现混凝土与钢筋的结合不均匀导致出现成型的钢筋混凝土里有大量气穴，严重的甚至能形成空洞。在这种情况下钢筋很容易受到腐蚀，从而寿命大大缩短，耐久度严重降低。结合上述，放置抗剪钢筋也是施工难度极大，尤其在构件的切面比较窄的地方和配筋布置密度大的地方难度更大，于是有了调查中所有箍筋间距都在5-15cm之间，而按照行业标准箍筋间距是应该在10厘米左右，可见大多数被采用的设计都不太合理。[2]因此我们在箱型薄壁墩中采用高性能混凝土——混杂纤维高性能自密实混凝土。而门项目则着手与分析寻找一种新型材料能够满足弥补上述缺陷，首先满足结构有效，然后还要有足够耐久性，以满足使桥梁重量降低，增加桥梁结构寿命的需求。我们的出发点是基于对比研究混杂纤维高性能自密实混凝土的配比来测试混杂纤维高性能自密实混凝土箱型柱在面对地震时的抗震性能。设定轴压比以及减跨比为定值为前提，在悬臂梁式的加载方式下进行拟静力实验就可以得到以骨架曲线为主的各种数据从而对其有数据上的认识了解。分析了解混杂纤维对于裂缝扩展情况的控制效果，来探究关于地震情况下混杂纤维与箍筋的共同作用使墩抵抗非线性剪切形变与耗能能力的改善多少的问题并籍此来建立混杂有关计算公式使类似计算公式化。

3混杂纤维布加固的意义

目前比较流行的箱型墩构件具有整体性较好，能够有足够强的抗压抗弯曲抗扭刚度等性能，但是现在的箱型墩大多数没有足够重视抗震性能，可能会存在着这样的后果以至于地震来临时桥梁直接坍塌破坏交通系统造成大量财产损失甚至威胁人民生命安全。本文着手研究在役桥墩抗震性能的优化，采用混杂纤维高性能的自密实混凝土来优化普通混凝土不能在箱式构件中与钢筋有效握裹等的问题，并用悬臂梁式加载方法进行恒定轴压比和剪跨比条件下箱型柱的拟静力实验来得到构件的滞回曲线等数据进一步确认混杂纤维布加固的有效性，数据化的得出科学有效的结论从而能够令人信服的指导实践。[4]可以看出混杂纤维布加固的应用能够对桥梁桥墩的抗震性能优化起到立竿见影的作用，能够遇见当该技术大范围应用之后地震来临时铁路系统的安全性能够得到极大提高。箱型构件还存在着一些亟待完善的问题，在未来本文将在一下几个方面对此进行优化改善：首先箱型构件为了保证力学性能的良好，其构件内部十分复杂，如果采用普通混凝土则施工十分麻烦；其次箱型构件与传统混凝土配合性比较差，箱型构件的配筋相对来说密度比较大，而传统混凝土的可工作性不高，当这两者结合时就会出现很严重的问题，具体表现在硬化成型之后的混凝土，他的内部就会存在着大量的裂隙，气体充斥其间，就会导致内部的钢筋与空气接触，很容易被风化或腐蚀从而降低整体桥墩的寿命，带来极大损失。[5]最后在截面很窄的情况下和在钢筋密度必须很大的情况下，混凝土加入其中的难度非常大，操作性差，不利于实际生产。[6]

4结束语

从本文我们可以得出目前我国桥墩多采用箱型构件，而箱型构件有一些缺陷，主要存在在混凝土与钢筋的结合方面，故笔者采用桥梁预应力混杂纤维布加固的方法来弥补这一缺陷，这样一来桥墩的寿命大大增加，同时对于地震多发地带来说，该混凝土结构将会有较大改善，具有极其重大的理论价值，并且立竿见影的能够解决实际问题，可以预见其推广。

参考文献

[1].宋一凡.公路桥荷载实验与结构评定[M].北京：人民交通出版社.2013.

[2].范立楚.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社.2014.

[3].中华人民共和国建设部.GB50010-2015混凝土结果设计规划[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[4].中华人民共和国交通部.JTGD62-2014公路感觉混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社

[5].张跟俞.纤维自密实混凝土在型钢混凝土梁式转换结构中的应用分析[J].沈阳建筑大学.2015

[6].周雪华.预应力B/C混杂纤维布加固钢筋混凝土梁腐蚀疲劳试验研究[J].南京航空航天大学2015

项目来源：华北理工大学科学研究基金项目——混杂纤维-箍筋自密实混凝土箱型柱抗震性能试验研究（Z201509）。