预应力碳纤维布加固空心板桥极限承载力全过程分析

第２７卷第９期

２０

公路交通科技

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ＶｏＬ２７Ｎｏ．９

１０年９月

Ｓｅｐ．２０１０

文章编号：１００２－０２６８（２０１０）０９－００６８—０５

预应力碳纤维布加固空心板桥

极限承载力全过程分析

陈

淮，邹旭岩，王艳，朱俊涛，钱

（郑州大学土木工程学院，河南郑州４５０００１）

摘要：对承栽能力不满足要求的装配式预应力混凝土空心板桥采用预应力碳纤维布进行加固，为了了解加固后的装配式预应力混凝土空心板桥极限承载力，利用Ｍｉｄａｓ／ＦＥＡ有限元软件建立了预应力碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥空间有限元计算模型，进行了加固后装配式预应力混凝土空心板桥极限承栽力的全过程分析。研究结果表明：采用预应力碳纤维布对装配式预应力混凝土空心板桥进行加固，可以充分发挥碳纤维布的高强特性，减小钢绞线及混凝土的应力，改善预应力混凝土空心板的受力性能，延缓裂缝的产生；提高预应力混凝土空心板的屈服荷载、极限荷栽，使预应力混凝土空心板的承栽能力得到提高；增大空心板的刚度，使空心板的挠度明显减小，变形得到有效控制。关键词：桥梁工程；预应力碳纤维布；有限元法；极限承载力中图分类号：Ｕ４４５．７＋２

文献标识码：Ａ

辉

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＵｌｔｉｍａｔｅＢｅａｒｉｎｇＣａｐａｃｉｔｙｆｏｒＨｏｌｌｏｗＳｌａｂＢｒｉｄｇｅ

ＳｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｂｙＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣＦＲＰＳｈｅｅｔｓ

ＣＨＥＮＨｕａｉ，ＺＯＵＸｕｙａｎ，ＷＡＮＧＹａｎ，ＺＨＵ

Ｊｕｎｔａｏ，ＱＩＡＮ

Ｈｕｉ

（Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆ

ＣｉｖｉｌＥｎｓｉｎｅｅｎｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｅｎａｎ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）

ｈｏｌｌｏｗ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ

ｓｌａｂ

ｂｒｉｄｇｅｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆ

ｔｈｅｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｗａｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣＦＲＰｓｈｅｅｔａ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｈｏｌｌｏｗｓｌａｂｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｈｏｌｌｏｗ

ｓｌａｂ

ｂｒｉｄｇｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｂｙｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣＦＲＰｓｈｅｅｔｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅＭｉｄａｓ／ＦＥＡｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅ

ｂｅ撕ｎｇ

ａｎｄ

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ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ

ｃａｎ

（１）ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓ

ｂｅ

ｏｆｓｔｅｅｌｓｔａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅ

Ｃａｎ

ｃａｎ

ｂｅｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｏｌｌｏｗ—ｃｏｒｅｓｌａｂ

ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｅｏｆｃｒａｃｋｓｂｅｄｅｌａｙｅｄｂｙｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂｅｃａｕｓｅｏｆ

ｆｕｌｌｐｌａｙｏｆｔｈｅｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＦＲＰ

ｔｏ

ｓｈｅｅｔｓ；（２）ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｙｉｅｌｄａｎｄ

ｔｏ

ｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄｓｌｅａｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅ

ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ

ｃａｎ

ｈｏｌｌｏｗ—ｃｏｌｅ

ｓｌａｂ；（３）ｄｕｅ

ａｎｄ

ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｈｏｌｌｏｗ－ｃｏｒｅｓｌａｂ．ｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ．

ｂｅｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄ

ｔｈｅ

ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＣａｎ

ｂｅ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣＦＲＰｓｈｅｅｔ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ

０引言

入使用后，由于交通量尤其超重车辆的增加，以及在外界恶化环境等不利因素作用下，必然导致桥梁使用功能和行车服务质量日趋退化，产生病害，从而影响到桥梁的正常使用。为保证桥梁交通畅通和

桥梁是道路的重要组成部分，其承载能力和通行能力又是控制全线道路畅通的关键。桥梁建成投

收稿日期：２００９．１１讲

基金项目：河南省杰出人才计划项目（０８４２００５１０００３）

作者简介：陈淮（１９６２一），男，河南淮阳人，博士，教授，从事桥梁结构分析和工程结构抗震研究工作（ｃｈｅｎｈ＠吼ｔ

ｅｄｔｒ

ｃｎ）

万方数据

第９期陈淮，等：预应力碳纤维布加固空心板桥极限承载力全过程分析

安全运行，就需要及时地对这些桥梁进行加固改造，提高桥梁的承载能力，延长其使用年限，以使其满足日益增长的交通量需求¨ｏ。装配式预应力混凝土空心板桥是中小跨径公路桥梁广泛采用的上部结构

形式，早期建造的空心板桥存在较多的病害和桥梁

承载能力不足问题，对承载能力不足的装配式预应力混凝土空心板桥，研究碳纤维布（Ｃａｒｂｏｎ

Ｆｉｂｅｒ

Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

Ｐｏｌｙｍｅｒ－一ＣＦＲＰ）加固技术具有较高的理

论价值和较大的实用价值旧。３Ｊ。碳纤维布加固方法

主要用于受弯构件的补强加固，国外开展此项研究

较早，国内从２０世纪９０年代也开始了相关技术研究，目前已取得了许多科研成果，积累了丰富的资

料Ｈ胡Ｊ。从碳纤维布加固技术研究现状可以看出，开展碳纤维布加固矩形截面实心板和Ｔ梁研究较多，

对碳纤维布加同装配式预应力混凝土空心板桥研究

较少，而对预应力碳纤维布加固空心板后的预应力碳纤维布和空心板的受力情况、以及对空心板加固后的承载力研究更少。本文利用Ｍｉｄａｓ／ＦＥＡ有限元软件，对桥梁荷载等级提高而承载能力不满足要求的采用预应力碳纤维布加固的预应力混凝土空心板桥进行极限承载力全过程数值仿真分析。

１

有限元计算模型

某装配式预应力混凝土简支空心板桥，跨径为

１６

ｍ，桥面净宽１１．０ｍ，由１２块预制的预应力混凝

土空心板组成，板截面形式为双孔，宽０．９９ｍ、高

０．７５

ｍ，混凝土标号为Ｃ４０，钢绞线为７４８５．０，采

用先张法施工。预应力混凝土空心板几何尺寸如图１