[宽幅空心板斜截面竖向预应力抗剪加固研究]预应力空心板
摘要：针对现有的空心板斜截面加固方法进行分析，提出了在空心板板端腹板及底板外侧包裹高强镀锌钢丝绳通过体外竖向预应力加固斜截面抗剪强度的方法。 关键词：预应力加固 斜截面抗剪
一、前言
预应力空心板具有结构形式简单，截面效率高，整体性能好，截面抗扭刚度大等特点。但是在宽幅预应力空心板的使用过程中，会经常在跨中附近出现斜裂缝，初步判断其原因是由于正应力小剪应力大，在中性轴附近出现沿主应力迹线方向的腹剪斜裂缝。所以提出加固方案，防止或减少裂缝的产生，并辅以实际试验来具体认识和分析裂缝产生的机理。
二、实验分析
梁体斜裂缝的发展有两种典型形式，一种是由于正应力小剪应力大，在中性轴附近出现的沿主应力迹线方向产生的腹剪斜裂缝，一种是在剪弯曲段截面下边缘由于弯矩引起的水平拉应力较大首先出现垂直裂缝，随后向着作用点方向延伸成斜裂缝的弯剪斜裂缝。此次抗剪破坏性试验产生的裂缝发展方式多以腹剪斜裂缝为主，加载后期有弯剪裂缝形成。
由现场试验得到的裂缝图可知，现场加载试验裂缝加载点连线与中性轴交点附近，随着荷载的增大沿着连线方向向加载点方向延伸，宽度逐渐加大，至加载后期，裂缝扩展到整个斜截面，形成数条宽度较大的腹剪裂缝以及弯剪裂缝，并有贯通裂缝和混凝土压碎现象出现，由此可以得出抗剪承载力严重不足。
三、加固分析
体外预应力加固法具有改善结构原有内力分布，降低结构应力水平，为结构提供安全富裕度等特点。钢丝绳网片—聚合物砂浆外加层加固法以其优越的施工及加固性能在普通混凝土梁的抗弯、抗剪加固中得到了人们越来越多的重视，本文综合考虑体外预应力加固方法和钢丝网—聚合物砂浆加固法的特点，提出空心板钢丝网体外竖向预应力加固方法，并进行了现场加固试验，探讨该方法的加固效果。
1、钢丝网体外竖向预应力加固原理
在混凝土构件中，箍筋起着约束混凝土，限制裂缝开展和抵抗剪力的作用。不配箍筋的混凝土构件，当所承受弯矩和剪力到达一定程度时，会产生一条临界裂缝。在这条裂缝的上方靠近支座处，形成了一个上小下大的“基本拱体”，拱体下部混凝土的抗剪能力不能充分发挥。当配上箍筋后，箍筋把被裂缝分割的拱形混凝土牢固地连接在一起，充分发挥了下部混凝土的潜力，共同把剪力传到支座上。
此外，由于箍筋限制了斜裂缝的宽度，提高了斜裂缝两侧骨料的咬合作用。箍筋和纵筋形成的骨架对混凝土起了“围箍”作用。箍筋对纵筋的约束使纵筋的“梢栓”作用有所提高。这些都直接或间接地提高了构件的抗剪能力。
体外预应力技术具有消除结构原有荷载、改善结构内力分布的特点，竖向预应力可以有效降低腹板拉应力，推迟斜裂缝出现的时间，降低主压应力对结构的影响，提高结构的抗剪承载力。有研究指出，对于设置竖向预应力的结构，当竖向预应力损失超过22.79%时，将可能造成混凝土开裂。
因此，对于斜截面抗剪承载力不足的构件，通过适当的方式模拟箍筋的受力原理对构件斜截面进行加固，同时合理施加预应力，是一种切实可行的加固方法。
2、现场斜截面加固试验分析
在空心板梁端一定范围内，采用预应力钢丝网片包裹，在转角位置垫角钢，在顶板钻孔，固定锚具，张拉进行固定。由于本梁为30°斜角的空心板，所以加固段起始位置由钝角侧确定，布置两组钢丝绳网片后，锐角侧的钢丝绳网片已经接近加载点，考虑到后期有可能会做加载破坏试验，所以本加固方案最终确定采用两组钢丝绳网片共24根钢丝进行加固。
对宽幅空心板进行抗剪加固后，采用试验测试的方法对加固效果进行检测，试验思路如下：
张拉预应力钢丝网片前，在加载点和支座连线位置确定空心板腹板应变测点的方法布置应变测点，然后进行预应力钢丝网的张拉。通过测试施加预应力后各测点的应变数据，计算竖向预应力钢丝网对梁体产生的预压力，然后对测试结果进行分析，并计算抗剪加固效果。
3、抗剪加固计算
根据以上方案，通过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的抗剪强度计算公式进行计算，确定出达到预期效果所需的每根钢丝绳张拉力为1t，预期加固效果为提高抗剪承载力35%左右。
加固后空心板的开裂区范围和裂缝密度都得到了一定程度的控制，斜截面的破坏形式为腹剪破坏，钢丝束起到了很好的约束混凝土开裂和裂缝扩展的作用，随着混凝土压应力增大，裂缝更集中的出现于近支座端，而靠近加载点附近的裂缝则明显减少。这一现象说明该加固方法可以为混凝土施加有效的预压应力，降低结构拉应力，减少斜裂缝的出现。
四、小结
分析结果如下：
1、试验PC变截面宽幅空心板的抗弯承载力满足桥梁使用要求，但抗剪承载力严重不足。经过加过后，抗剪承载力可以满足空心板的运营要求。
2、采用钢丝绳密度35mm，直径d=3.2mm，抗拉强度标准值ftk=1650MP的高强镀锌钢丝网片对宽幅空心板进行加固，张拉吨位1t，理论计算预计空心板抗剪承载力可以提高35%左右。
3、现场空心板加固试验证明，该加固方法可以为结构提供29.1%～33.75%的安全储备。
参考文献：
[1]安新.PC变截面宽幅空心板桥承载力检测评估及加固关键技术研究[D].西安：长安大学,2011,5
[2]邵旭东.桥梁工程(第2版)[M].北京:人民交通出版社,2007
[3]GB/T50283.1999.公路工程结构可靠度设计统一标准[J]. 北京：人民交通出版社,1999