粘钢加固钢筋混凝土T 梁模型裂缝试验研究

栾好发 黄本才

(吉林省交通规划设计院，吉林长春 130021)

1 概述

目前，我国存在大量的旧桥、危桥，已经成为影响道路运营的瓶颈，亟待改造。其中，二十世纪六七十年代大量修建的荷载等级为汽—13、汽—15级跨径16 m的钢筋混凝土简支T形梁桥在我国各级公路上应用广泛，本文将其作为研究对象。本文旨在对粘钢加固T梁结构的裂缝做进一步的研究。

2 模型试验研究

1)模型试验设计。基于荷载等级为汽—15、挂—80跨径16 m的钢筋混凝土T梁原型，按1/8缩尺比例设计，制作3片相似模型T梁试件，3片T梁采用相同的混凝土标号和相同的配筋，但所粘贴的钢板数量不同。确定相似模型的几何尺寸如表1和图1所示。

表1 模型与原型尺寸 m

2)试验方案。试验共预制了3片钢筋混凝土T梁，编号1～编号3，各梁的配筋、混凝土标号都相同。1号梁，不加固，作为比较梁;2号梁，加载前粘贴宽2．1 cm钢板于T梁肋底，钢板长度1．8 m，采用2根膨胀螺栓锚固钢板两端;3号梁，加载前粘贴宽4．2 cm钢板于T梁肋底，钢板长度1．8 m，采用2根膨胀螺栓锚固钢板两端。

3)模型试验结果分析。a．由表2可知，首条裂缝出现时的荷载2，3号梁比1号梁有所提高。由加载过程可知，钢板在抑制裂缝开展方面发挥的作用十分明显，裂缝宽度和高度均较小，有效增加了受压区高度。b．2，3号梁裂缝多，平均间距小，宽度小。c．1号梁裂缝开展较早，到极限荷载的40%左右时，裂缝数目达到极值，此后裂缝数目不变，仅宽度加大。相对应地，2，3号梁在全过程中新裂缝断续出现，裂缝宽度变化速度也较1号梁缓慢。

图1 模型T梁示意图（单位：cm）

表2 裂缝试验结果

3 粘钢加固对裂缝的影响

3．1 开裂弯矩Mr的计算

结合实验结果，给出计算公式如下:

其中，d，b 分别为钢筋直径、钢板厚度;Aj，Ej，Ab，Eb分别为钢筋面积、钢筋弹模、钢板面积、钢板弹模;ψ为系数，由试验结果可知其值应取7;fk为混凝土标准抗拉强度;w0为截面抵抗矩。由式(1)计算各梁的开裂弯矩，并与试验结果进行比较，结果见表3。

表3 开裂弯矩计算值及试验结果

可见式(1)能够较准确的计算出粘钢加固梁的开裂弯矩，计算值与实测值吻合较好。

3．2 裂缝平均间距的计算

未加固梁的裂缝平均间距可以采用经验式(2)计算:

其中，d，ρ分别为钢筋直径、截面配筋率;ε，ε1分别为T梁受拉、受压翼缘的加强系数。

对于加固后的梁，对式(2)进行修正，有:

其中，bs为粘贴钢板宽度;k为修正系数，根据试验结果应取4．7;Ac为混凝土毛截面面积。由式(2)及式(3)计算各梁的平均裂缝间距，并与试验结果进行比较，结果见表4。可见式(3)能够较准确地计算粘贴钢板加固梁的平均裂缝间距，计算值与实测值吻合较好。

表4 平均裂缝间距计算值与试验值比较结果

3．3 裂缝宽度的计算

JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范建议的计算公式为:

其中，C1，C2，C3均为系数，详见JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范;σss为钢筋应力:

其中，d，ρ分别为纵向受拉钢筋As直径(mm)，纵向受拉钢筋配筋率;As0为换算钢筋截面积为纵向受拉钢筋截面积，Ab为粘贴钢板截面积。

试验表明，粘贴钢板可以显著地减小裂缝开裂宽度，减小的程度与钢板的数量有关，为此需对式(4)引入修正系数C0:

其中:

式(4)表明在正常使用状态，钢筋应力与最大裂缝宽度成正比，模型试验也证明了这一点。故最大裂缝宽度与荷载成正比，对荷载与最大裂缝宽度线性回归得:

4 试验研究结论

本文在3片模型T梁试验的基础上，研究了粘贴钢板对钢筋混凝土T梁裂缝的作用及效果，研究的主要结论如下:

粘贴钢板加固显著地减小了主梁的裂缝间距、宽度、高度，抑制了裂缝开展，对提高普通钢筋混凝土构件的耐久性和适用性有重要意义。本文针对粘钢加固后的T梁，给出了开裂弯矩、裂缝间距及裂缝宽度的修正计算公式，修正公式的计算结果与实测值对比可知，公式准确可靠。

5 进一步研究的建议

1)胶的耐久性对于实际结构是一个值得重视的问题，在实际工程应用中，加固效果是否会由于粘贴用胶的老化而降低。2)胶层是否会在长期荷载下发生滑移，从而降低其抑制裂缝发展的作用。3)对工程实例进行跟踪分析研究，积累技术资料，为完善加固理论及分析方法提供技术依据。

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［2］ 朱海峰，曹双寅，瞿瑞兴，等．粘钢加固砼受弯构件刚度和裂缝的研究［J］．建筑物鉴定与加固改造，2000(8):91-92．

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