CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究.docx
- 文档编号:17567532
- 上传时间:2023-07-26
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:24.01KB
CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究.docx
《CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究.docx(17页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究
CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究
第37卷第2期
2005年2月
哈尔滨工业大学
JOURNALOFHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY
V0I.37No.2
Feb..2005
CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究
李松辉,赵国藩,王松根
(1.大连理工大学土建学院,辽宁大连116023,E-mail:
songhui.1@;2.山东省交通厅公路局,山东济南250002)
摘要:
为研究粘贴碳纤维布对在役钢筋混凝土桥梁受力性能的改善效果以及对已有裂缝的抑制能力,结
合某具有较大纵向裂缝变截面连续整体现浇混凝土板桥的损伤特点,介绍了碳纤维布加固该类桥梁的设计
要点.分别进行了加固前后的对比性荷载试验,试验结果表明,粘贴碳纤维布可明显抑制整体式板桥已有纵
向裂缝的扩展,降低受拉区混凝土应变水平,改善荷载横向分布规律,提高上部结构整体受力能力.
关键词:
碳纤维增强塑料(CFRP);桥梁维修;桥梁加固;荷载实验;钢筋混凝土桥梁
中图分类号:
U445.72文献标识码:
A文章编号:
0367—6234(2005)02—0207—05
ApplicationofCFRPforstrengtheningreinforcedconcrete
girderintegralbridge
LISong.hui.,
ZHAOGuo.fan.,WANGSong.gen
(1.SchoolofCivilandHydraulicEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023.China,
E-mail:
songhui.1@;2.HighwayBureauofShandongProvince,Jinan250002,China)
Abstract:
Applicationoffiber-reinforcedpolymer(FRP)tostrengthenanagingreinforced-concrete-girderin-
tegralbridgeisdescribed.Thelackoftransversereinforcementsinlongitudinalsectioninsuperstructuresled
toseveralcracks.Presenceofefflorescenceandconcretedelaminationatsomelocationsonthegirdersoffit
werealsoobserved.Concernsaboutoverallsafetyofthebridgewereraised.Adecisionwasmadetostrengthen
thebridgewithexternallybondedCFRP.Loadtestswereconductedtoevaluateeffectivenessofthestrengthe-
ningsystemandinvestigateitseffectonstructuralbehavior.TestresultsindicatethatstrengtheningRCinte-
gralbridgeswithCFRPcannotonlyreducethewidthofcracksandstrainsinconcrete,butalsoimprovethe
transverseloaddistributioninsuperstructure.
Keywords:
carbonfiberreinforcedpolymer(CFRP);bridgerehabilitation;bridgestrengthening;loadtest;
reinforcedconcretebridge
国内外现有的粘贴碳纤维布加固混凝土结构
技术研究成果主要集中在室内试验方面,针对实际
桥梁加固效果的现场试验不多,室内试验研究
不可能完全模拟实际桥梁的破损情况,并存在着不
可避免的尺寸效应,因此,依据现有的室内研究成
果,远远不能满足该技术向桥梁加固领域推广应用
的需要j,而少量的桥梁现场试验因桥型,破损程
度以及损伤原因的不同,所得出的结论亦不能解决
收稿日期:
2003—0L4—23.
基金项目:
山东省交通厅科研资助项目
作者简介:
李松辉(1970一),男,博士,副教授;
赵国藩(1925一),男,教授,博士生导师,中国工程院
院士.
粘贴碳纤维布对不同病害原因桥梁的加固修复.对
变截面连续整体现浇混凝土板桥加固效果的试验
研究至今未见报道,文中提出的加固设计,施工方
法以及对加固效果的检测结论对同类桥梁的加固
设计,施工具有一定的借鉴作用.
1粘贴碳纤维布加固设计与施工
1.1桥梁概况
杨店子大桥位于206线日照市莒县境内,
1985年建成通车,桥梁全长644m,桥宽为净一
11m+2×1m,桥面横坡为1.5%,设计荷载为汽一
20,挂一100.上部构造采用每联5孔16m单箱12
?
208?
哈尔滨工业大学第37卷
室的钢筋混凝土薄壁箱形变截面连续梁,全桥共8
联40孑L.主梁梁底为二次抛物线,设计混凝土标号
为25号,主筋为二级钢筋,横向构造筋为一级钢
筋.该桥经过17年的运营,存在着较为严重的病
害,主箱梁普遍存在纵向开裂,裂缝最大宽度超出
养护技术规范规定的限值,各跨中部均存在不同程
度的横向开裂现象,主箱梁底呈现大面积的水浸泛
白现象,局部混凝土片状开裂,钢筋外露锈蚀.结合
该桥的加固维修工程,在全桥更换桥面铺装后,选
取第一联第2号孑L作为粘贴碳纤维布加固的试验
孑L.为了检验加固效果,分别于2002年11月4日
和11月17日对试验孑L进行了加固前和加固后的
对比性荷载试验,两次荷载试验的试验车型号,轴
载大小及加载位置尽可能保持一致.
1.2加固设计与施工
根据该桥原设计图纸,首先按汽车一20,挂车
一
100荷载等级进行承载能力检算.理论分析时,
忽略纵向裂缝对上部结构整体受力的影响.计算结
3x453x4O
果表明,纵向钢筋布置完全满足承载力要求,而横
桥向因仅配置构造钢筋,承载能力存在不足,无法
抵抗横向弯矩的作用,是产生纵向裂缝的主要原
因.纵向数条主要裂缝形成后,削弱了荷载的横向
传递能力,降低了上部结构的整体受力性能,使理
论计算一定程度上失去了假定前提,导致了部分板
条因承载过大而出现横向弯拉裂缝,因此,如何解
决横向配筋不足是加固设计的关键.按照检算结果
及加固计算理论J,在横桥向粘贴一定数量的碳纤
维布以提高桥梁的荷载横向分布能力,同时,对2
条纵向主要裂缝(宽度均在1mill左右)用50cm
宽的碳纤维布予以局部加强,并起到封闭裂缝的作
用,纤维方向与裂缝方向垂直.考虑到纵向开裂对
横向传力能力的削弱,为抑制使用荷载作用下横向
裂缝的扩展,沿梁底纵向亦粘贴一定量的碳纤维
布,具体加固方案如图1所示.加固施工时,先粘贴
位于抛物线板底面上的纵向纤维布,再粘贴横向纤
维布,以提高曲面板底纵向纤维布的抗剥离能力.
3x4O3x45
存棼鞋#狂暴孟:
孟gig噩葺t錾{}£
未誊要_盈目iig蓍曹}}
i■萎嚣运i_至bii=萄
蕾卷垂1丑:
gg£吾蓄言}i;
—
蔷芒彗{Z-量_呈曼善i藿{£
§j§誊§誊■誊《垂《§董墨垂毒ii毒
手置葺普—#《§嚣§羞i羞差§
茁{嚣荽《嚣{§ii置军军——萑穗
誊§=i—墨孟誊嚣{§;gi曼兰彗j}}差
i—羞蓝g—苍j基詈i嚣薰i最盖毫毒
塞撼_噩#L萎嚣雾ii誉善}}蔫
j-N曼§量重譬g看:
i*§垂{辱_毒
ii叠i}善棼i:
垂晏g拳薰i毒i
3l0390
800
800
图1试验孔加固设计图
2荷载试验方案
该桥加固效果的检验主要包括:
一是通过检
验纵向控制裂缝宽度,板底混凝土横向应变及跨
中挠度横向分布的变化规律验证粘贴碳纤维布对
横桥向刚度的改善效果;二是通过检验跨中截面
板底混凝土纵向应变的变化情况验证粘贴碳纤维
布对纵桥向的加固效果,根据以上两方面的检验
结果,即可确定粘贴碳纤维布对加固前后混凝土
板桥受力性能的改善程度.
2.1试验荷载与分级
试验过程中,将纵向最大弯矩与横最大弯矩
分为三级加载,即横向分别为单车居中(桥纵向
中心线),双车居中对称,三车居中对称,加载汽
车横向间距130cm,纵向布置均以中轴居中(试验
孑L跨中中心线),以简化加载程序,提高检测精度.
同时,为使检测结果具有可比性,在加固前后的荷
载试验过程中,必须保证加载汽车在轴载大小,布
置位置的一致性.实际检测过程中,采用3辆单车
8
一
●
重约30t的三轴载重汽车,且加固前后相差不大,
完全可以满足对比性试验研究的要求.试验加载车
主要技术参数及轴重分别见图2和表1.
卜0_—
图2试验车的主要技术参数
表1加固前后试验车轴载
试验加固前加固后
车编前轴载中后轴总质量前轴载中后载总质量
号/kN载/kN/kN/kN重/kN/kN
O62—1
一摊一量
;
L顺
枞
一分潲撼一磅载
2OO一乜上.
365一垦一
O46一一:
女
一
nl
第2期李松辉,等:
CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究?
209?
2.2测点布置与数据采集
根据检测项目要求,在跨中及支点截面安装
YHD一50型接触式电测位移计测量板底挠度,在
板底跨中粘贴80mm×100mm箔式纸基应变片
检测纵,横向混凝土应变,加固后的纤维布应变采
..
100—.200—.200.一
J23
{}?
8疆
五
上
3
92
r
36
卜
50
桥
由
HH线
HH
用3mm×5mm箔式胶基应变片检测,以上应变
变化均由YJ一26型静态电阻应变仪测量.用读数
显微镜观察加固前后纵向裂缝宽度的变化情况,
具体的测点布置见图3,4.
裂缝一50一
测区
图3位移计与应变片位置
zz
H
z
oll胁ll
卜一
2HH
l
一■●_
——
49——22—26.—_42一
图4纤维布表面应变片位置
3荷载试验结果与分析
3.1荷载试验结果
加固前后荷载试验结果分别汇总于表2~4.
表2加固前后主梁在试验荷载作用下的跨中挠度实测值
表3加固前后主梁混凝土在试验荷载作用下的实测应变值
}_以哥
一_1
∞72¨
五上一
一一,
:
上4
哈尔滨工业大学第37卷
表4加固后在试验荷载作用下碳纤维布应变实测值
试验荷各测点实测应变值/10
载等级ZZlZZ2ZZ3zz4HHHH2HH3HH4
I一1955665597967
I一21418311616911132725
I一321710316520146485349
卸零97983445
相对残
4.156.8O5.453.986.528.337.55lO.2O
余应变/%
3.2粘贴加固对上部结构弹性受力特征的影响
分析加固前后跨中控制断面挠度和混凝土应
变随荷载的变化规律,可以判断结构的弹性工作
状态,从而推定碳纤维布参人受力的程度.比较表
2,3中的相对残余变形(应变),除H点外,加固
后的相对残余变形(应变)明显小于加固前的值,
这说明了粘贴加固有效地恢复了结构弹性工作
状态.表中个别测点如x,x挠度值出现反常变
化,这应结合该桥的实际开裂状况以及开裂对荷
载横向分布的影响等方面进行分析.由于上部结
构属整体现浇板,加固前后的弹性受力性能提高
程度也可以用荷载一跨中平均挠度变化规律进行
分析,如图5所示.
挠度(mm)
图5荷载一跨中平均挠度曲线
尽管上部整体现浇板各板条的荷载等级与挠
度并不一定存在线弹性关系,但加载等级与板底
的平均挠度应该接近线性关系,因此,通过比较加
载等级与跨中截面平均挠度的变化规律,可以评
价粘贴碳纤维布对上部结构整体刚度的改善程
度.从图5可以明显看出,加固后,跨中截面的平
均挠度均有减小,在3级加载作用下分别下降了
0.06,0.10,0.40mm,并且荷载挠度曲线更趋于
直线,这说明粘贴碳纤维布可有效提高上部结构
的纵向整体平均刚度,改善结构的弹性工作性能,
粘贴加固取得了显着的效果.
根据表4中纵向碳纤维布在各级荷载下的应
变增长规律,随着加载的增大,碳纤维布逐步参人
了受力,其值与梁底混凝土的拉应变比较接近.表
中梁底横向碳纤维布应变相对要小得多,似乎与
该桥上部结构整体式板纵向开裂严重的事实不
符,这是由于在粘贴检测碳纤维布的应变片时,很
难使应变片位置刚好与裂缝位置重合造成的.如
果应变片与裂缝位置一致,可以更好地反映碳纤
维布在裂缝位置的实际受力状态,这需要在以后
的粘贴碳纤维布试验中进一步予以验证.
3.3加固前后的荷载横向分布系数比较
为便于加固设计和分析横向分布系数变化规
律,沿横桥向将整体板划分为6板条.通过比较各
板条计算荷载横向分布系数与实测值的关系,可
以一定程度上判断粘贴加固对提高上部结构整体
受力性能的效果.各板条的横向分布系数计算值
与实测值见表5.
表5板条横向分布系数计算值与实测值
加载加固板条编号
等级状态123456
加固前0.1120.1940.2320.2030.1320.126
I加固后0.1150.1800.1880.1470.2060.165
计算值0.1440.1690.1880.1880.1690.144
加固前0.2620.4040.386n368n3340.246
Ⅱ加固后0.255n334n3880.3780.3490.296
计算值0.302n3370.361n3610.3370.302
加固前0.404n6160.5860.5150.5530.326
Ⅲ加固后0.4790.512n501n5080.5060.494
计算值0.4800.503n5l8n5l80.5030.480
由表5可知,粘贴加固后,在各级荷载作用
下,2,3,4,5号板条的实测荷载横向分布系数更
接近理论值,并且,随着荷载等级的提高,各板条
受力趋于均匀,实测值与理论值的差异变小.这说
明,通过横向粘贴加固,抑制纵向裂缝的扩展,提
高了上部结构的横向传力能力与整体受力性能,
边板条有效参人了受力,这也正是表2中X5,X6
测点挠度加固后反而增大的主要原因.同时,由于
上部结构横向整体性能的提高,使结构的实际受
力图式与计算图式相吻合,降低了因局部受力过
大而导致的横向开裂程度,对结构的耐久性是非
常有利的.
3.4加固对裂缝宽度的抑制效果
提高上部结构的横向刚度是本次加固设计的
首要目标.在加固设计时,除按计算要求沿横向粘
贴碳纤维布外,还对2条主要裂缝进行了局部加
强,以抑制纵向裂缝的扩展.粘贴施工时,在观测
点处预留出长10cm左右的裂缝,以方便加固前
第2期李松辉,等:
CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究
后观测裂缝宽度.观测结果显示,在各级荷载作用
下,加固前观测点处的裂缝宽度分别从1.0扩展
到1.1mm,1.2mm,1.4mm,而加固后裂缝宽度
几乎没有什么变化,这不但验证了粘贴加固的显
着效果,也说明了碳纤维布对已有活动裂缝具有
极强的抑制能力.同时,根据室内试验的观察结
果,粘贴加固后形成的碳纤维布复合物对裂缝变
化比较敏感,轻微的基面混凝土开裂均可在树脂
内形成较为清晰的白痕,因此,试验加载过程中,
笔者曾仔细观察过碳纤维布复合材料的表面特征
变化,没有发现异常白痕出现,并且,混凝土表面
亦无新的可视裂缝产生,从而排除了短期荷载作
用下因纵向裂缝被抑制而产生新裂缝的可能性.
4结论与建议
1)加固后,各测点的相对残余变形明显减
小,荷载一位移曲线更接近直线,上部结构的受
力更接近弹性工作状况;
2)粘贴碳纤维布可有效抑制已有裂缝在荷
载作用下的再扩展.试验桥在无车辆荷载时,不可
恢复的裂缝宽度为1.0mm,在相同的试验荷载作
用下,加固前,最大裂缝宽度增量为0.4mm,加固
后,裂缝宽度几乎没有变化,由此可见,碳纤维布
对已有裂缝的抑制效果是相当明显的;
3)粘贴碳纤维布引起了荷载横向分布规律
的变化,提高了上部结构整体受力的能力;
4)对变截面桥梁进行加固设计时,宜先粘贴
纵向纤维布,再粘贴横向纤维布,以增强碳纤维布
沿变截面方向的抗剥离能力.
参考文献:
[1:
OsmanHE,SreenivasA,JonathanK.Applicationof
FRPlaminatesforstrengtheningofareinforced
concreteT—beambridgestructure[J].Composite
Structures,2001,52(3—4):
453—466.
[2李松辉,王松根.碳纤维片加固钢筋混凝土简支梁桥对
比性试验研究[J].公路交通科技,2003,20(3):
8o一83.
[3]ACICommittee440.State—ogthe?
ArtReportonFiber
ReinforcedPlastics(FRP)ReinforcementforConcrete
Structures[M].FarmingtonHillsMI:
American
ConcreteInstitute,1996.
[4]BuyukozturkO,HearingB.Failurebehaviourof
precrackedconcretebeamsretrofittedwithFRP『J].
JournalofCompositesforConstruction.1998,2(3):
l38一l44.
[5]ArduiniM,NanniA.Behaviorofpre—crackedRC
beamsstrengthenedwithcarbonFRPsheets[J].
JournalofCompositesforConstruction,1997,l
(2):
63—70.
[6]ACICommittee440F.GuidefortheDesignand
ConstructionofexternallyBondedFRPSystemsfor
StrengtheningConcreteStructures[M].Detroit,
Michigan:
AmericanConcreteInstitute,2000.38—42.
(编辑杨波)
(上接第203页)
∽
蓦
窭
蕞
/ks
图8基于MAE准则优化柔性形态滤波器的进化过程比较
4结论
本文采用一种改进的自适应遗传算法用于柔
性形态滤波器的优化设计,从仿真的结果来看,不
论从滤波效果还是优化的速度来看,都比简单遗
传算法要好.因此,对于柔性形态滤波器包含多
个参数,且相互影响的优化问题,采用改进的自适
应遗传算法更具有优越性.
参考文献:
[1KOSKINENL,KUOSMANENP.Softmorphological
filters[J].ProcSPIE,199l,l568:
262—270.
[2:
KUOSMANENP,ASTOLAJ.Softmorphological
filtering[J].JournalofMathematicalImagingand
Vision,1995,5(3):
231—262.
[3]HUTTUENH,KUOSMANENP.Optimizationofsoft
morphologicalfiltersbygeneticalgorithms[J].Proc
SPIE1994,2300:
13—24.
[4:
ZHAOChunhui,SUNShenghe,HUIJunying.
Optimizationofsoftmorphologicalfiltersbysimulated
annealing[J].ProceedingsofICSP2000,2000,8:
494—498.
[5玄光男,程润伟.遗传算法与工程设计[M].科学出
版社,2000.
[6]张小惠,王莉.改进遗传算法机及其仿真[J].西
北纺织工业学院,1998,12(3):
204—208.
[7]t4,平,曹立明.遗传算法一理论,应用与软件实现
[M].西安交通大学出版社,2002.
(编辑姚向红)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- CFRP 加固 钢筋混凝土 整体 板桥 性能 研究
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)