第46卷 第 1期
No．12014年 2月
西安建筑科技大学学报 (自然科学版)
J．Xi’an Univ．ofArch．&Tech．(Natuml Science Edition)
V_o1．46
Feb．2014
兀 型 钢 板 应 用 于 板 梁 桥 加 固 的 非 线 性 研 究
胡 庆 安 ， 李 轲 ， 凤 跃 森
(长安大学公路学院，陕西 西安 710064)
摘要：由于超限超载车辆迅速增长，梁底开裂已成为板梁桥营运 中的首要病害．以往所使用的粘贴钢板加固，钢材使用率
低，加固效果并不理想．根据提高主梁抗弯刚度可减小主梁挠度及内力 ，并最终抑制梁底开裂的原理，首次提出7c型钢板加
固法．现利用 ANSYS程序进行空间非线性有限元仿真计算．对7c型钢板与粘贴钢板加固后主梁进行对比分析，得出 型钢板
加固对提高主梁极限承载力、防止主梁底板开裂，效果优于粘贴钢板加固；对比分析使用不同腹板高度与钢板厚度的Ⅱ型
钢板加固后的主梁极限承载力，得出 型钢板腹板高度对提升加固效果的影响较钢板厚度大；进一步对比分析 型钢板应用
于不同跨径板梁的稳定性问题 ，提出不同跨径板梁对 型钢板截面尺寸的具体要求．
关键词：板梁桥； 型钢板；非线性 ；底板开裂；稳定性 ；ANSYS
中图分类号：U447 文献标志码 ：A 文章编号：1006．7930(2014)01．0016—06
1兀 型 钢 板 加 固 研 究 的 意 义 与 价 值
钢筋 混 凝 土和 预 应 力混 凝 土 空心 板梁 桥 因其结 构 性 能好 、 施工 方 便 、可 大 批量 工 业化 预 制 等优 点 被
广泛 应 用 ．但 是 近年 来 ， 由于 超 限超 载车 辆 的迅速 增 长 、局 部 设计 不 合理 等 诸 多 因素 ，板 梁 梁 底开 裂 以
成为 板梁 桥 营运 中的 首要 病 害．根据 混 凝 土裂 缝 的破坏 过 程 及其 变 形发 展规 律 可知 ，板 梁 梁 底裂 缝 的产 生
是梁 体 下挠 过大 ，梁 底主 拉应 力超 过 混 凝土 抗 拉强 度 的结 果 ．以往 所使 用 的粘 贴钢 板法 ，未能 有 效增 大 主
梁 抗弯 、 抗剪 刚度 ，减小 主梁 下挠 ，因此加 固效 果并 不理 想 J．
根 据 等直 梁 在 纯弯 时截面 任 一点 正 应力 计 算公 式 ： = ／／可 知 ，在 跨 中梁 底处 ，混凝 土主 拉 应 力
最大 ，且 截 面 惯性 矩 ，与 跨 中梁 底处 正 应 力 成 反 比 ．因此 ，通 过 改变 截 面形 状 增大 截 面惯 性 矩 ，能
够 减小 梁 底混 凝 土 拉应 力 ，进 而 防止梁 底 裂缝 产 生 lJ J．由此理 论 首次 引出兀型钢 板 加 固法 ．该 加 固方 法是
指沿 主梁 纵 向在相 邻板 梁 接 缝 处 ，采 用胶 黏剂 、 膨胀 螺 栓 ，将 两板 梁梁 底与 兀型钢 板 粘结 固定 ，使 兀型钢
板 与 主梁 协 同受 力 ，并 使主 梁 截 面惯 性 矩 ，增大 ，有 效提 升 主梁 抗 弯 刚度 与 强 度 ，充 分 发挥 钢 材抗 拉 性
能 的加 固方法 ．
鉴 于 国内对 ．于兀型 钢板 加 固法研 究 的 空 白 ，本文 着 重对 不 同兀型 钢板 横 截 面进 行对 比分 析及 优 化 ，
为 兀型 钢板 截 面设 计 提供 思 路 ；并 对 不 同高 厚 比 的7c型 钢 板应 用于 不 同跨径 主 梁 的结 构 稳定 性 问题 (临界
屈 曲系 数 )进行 研 究 ，为 兀型钢板 截 面设计 提供 相应 的设 计准 则 ．
2 工 程 背 景
某 桥 上部结 构 为 l3孔 10 m装 配式预 应 力混 凝土 筒支 空 心板梁 ，桥 梁全 长 273．3 m，全 宽 12 m，单 片
主 梁 宽度及 高度 分 别为 83 cm和 90 cm．根据 该桥 检测 报告 ，上 部空 心板 梁存在 多 处纵 向裂 缝 ，纵 向裂缝 多
处 在预 应 力束 管位 置 ，裂缝 宽度 主 要集 中在 0．104~0．54 mm；同时存 在较 多 横 向裂 缝和 不规 则 裂 缝 ，其
多处在 跨 中和支 点 附近 ，裂 缝宽度 0．054~0．20 mill，综 合评 定该 桥技 术状 况 为四类 危桥 ．
3 计 算 模 型
模 型采 用 ANSYS程序对 加 固前 后桥梁 结构 进行 极 限状态 下 的非 线性数 值模 拟分 析 ．混凝 土板梁 属于
收稿日期：2013—05．27 修改稿日期：2014．02—2l 基金项目：国家青年科学基金项目(51308056)
作者简介：胡庆安 (1956-)，男，教授，硕士生导师，主要从事桥梁结构分析、桥梁抗风及抗震控制研究．E．mail：hqa@g1．chd．edw cn
第 1期 胡庆安，等：建筑设计创新生成能力的数理分析 17
三 维 空 间 结构 ，受 力复 杂 ， 因此 ，模 型应 尽 可 能如 实 反 应原 结 构 的受力 状 态 ．模 型 分 为 上、 下两 部 分 ，
上 部 为待 加 固板 梁 ，为 防止 模 型 因应 力集 中而 导 致奇 异 并 影响 计算 精 度 ，在箱 梁 内侧 两 底角 处设 置 1：3
的倒 角 ．下部 为加 固所 用 兀型 钢板 ．由于 施工 技术 的进 步 ，用于连 接 兀型 钢板 和主 梁 的胶 黏剂 、膨 胀螺
栓 的 强度 完 全可 以保证 兀型钢 板 与 主梁 间不会 出现 相 对 滑移 或脱 落 等 工程 质 量 问题 ，而 且 ，模 型上 部主
梁 梁 底 和 下部 加 固钢 板 之 间 的连 接采 用共 节 点 、共 面
π型钢板应用于板梁桥加固的非线性研究（论文）.pdf
