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0引言 我國交通事業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)有很多舊空心板梁橋在長久使用后出現(xiàn)承載力、耐久性不足等問題，其維修加固問題亟待解決。聚氨酯水泥凝結(jié)時間短，自重小，不易腐蝕，可高效、
0引言
我國交通事業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)有很多舊空心板梁橋在長久使用后出現(xiàn)承載力、耐久性不足等問題，其維修加固問題亟待解決。聚氨酯水泥凝結(jié)時間短，自重小，不易腐蝕，可高效、快速地維修加固橋梁國，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，并受到學(xué)者重視-國。褚云朋等進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維復(fù)合材料（carbon fiber reineforced polymer，CFRP）布加固損傷混凝土空心板抗彎試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空心板極限承載力隨CFRP布的粘貼方式、粘貼量不同而有不同程度的提高。王立軍等進(jìn)行碳纖維布-聚合物砂漿復(fù)合加固預(yù)應(yīng)力空心板的力學(xué)性能試驗(yàn)，加固后空心板的承載能力、剛度及延性得到顯著提升。張鵬飛等[“采用復(fù)合砂漿預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固實(shí)橋，可降低主梁撓度與應(yīng)變，有效提高梁體抗彎承載力和剛度。王希瑞采用聚合物砂漿預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固普通鋼筋混凝土舊橋，加固后橋體的抗彎承載能力、強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)的橫向整體性明顯提高。張利勇等進(jìn)行聚氨酯水泥復(fù)合材料的力學(xué)性能試驗(yàn)，材料質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，韌性高。谷丹丹等0研究聚氨酯水泥復(fù)合材料加固空心板梁，張宏祥等國研究聚氨酯水泥復(fù)合材料加固簡支T梁，加固后梁橋的剛度及承載性能均取得理想效果。Zhang等國將鋼絲網(wǎng)加入聚氨酯水泥復(fù)合材料加固T型梁，梁體的安全性與適用性得到明顯提升。
對聚氨酯水泥復(fù)合材料的研究主要集中在材料性能方面，相關(guān)研究表明僅采用聚氨酯水泥復(fù)合材料維修加固橋梁仍存在材料韌性低等問題-，而鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)，施工簡易，不影響交通，比傳統(tǒng)的空心板梁加固方式更具優(yōu)勢-習(xí)。鋼絲繩質(zhì)量輕，加固后橋梁總質(zhì)量增加較少，在使用和搭配材料上更加靈活。在受損空心板梁梁底位置張拉鋼絲繩可在梁體受彎時減少試件加固層的拉力，改善聚氨酯水泥材料的受力狀態(tài)。聚氨酯水泥材料形成加固層，將鋼絲繩包裹其中，避免鋼絲繩受到外界影響而發(fā)生破壞，充分發(fā)揮鋼絲繩的強(qiáng)度，并提高鋼絲繩的耐久性，顯著提高梁體的加固效果。采用鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料比傳統(tǒng)的增大截面法、粘貼鋼板法縮短了施工周期，施工方法更靈活，復(fù)合材料抗腐蝕性強(qiáng)，具有明顯優(yōu)勢；與體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線法、鋼絲網(wǎng)復(fù)合砂漿法粘貼纖維材料法相比，采用鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固梁體在鋼絲繩張拉、錨固方面施工簡便靈活，受環(huán)境影響較小，聚氨酯水泥復(fù)合材料與混凝土材料、鋼絲繩間粘結(jié)牢固，不易開裂、剝落，加固效果較好且保障了耐久性-習(xí)。基于室內(nèi)空心板梁模型，本文采用鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固受損空心板梁，與未加固空心板梁進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)對比，比較兩者的加固效果，并分析受損空心板梁加固后的梁體破壞機(jī)理。
1力學(xué)試驗(yàn)
1.1模型梁制作
1.1.l空心板梁制備
為研究鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料對損傷空心板梁橋的加固效果，對比未加固非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁與加固后的非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土損傷空心板梁的抗彎試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證復(fù)合材料對非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土損傷空心板梁的加固效果。
采用C50混凝土制備2塊非預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，梁體為3.0m×0.5m×0.4m，板梁截面中心為直徑25cm的圓柱形空心部分。在空心板梁梁底布置4根直徑為l6mm的受拉鋼筋，鋼筋的抗拉強(qiáng)度為330MPa，彈性模量為2.0GPa；每隔l5cm布置l道直徑為l2mm的箍筋，箍筋的抗拉、抗壓強(qiáng)度均為280MPa，彈性模量為2.0GPa。根據(jù)空心板梁制作木質(zhì)梁體模板，將梁底受拉鋼筋與箍筋綁扎牢固，將長3m、直徑25cm的PVC管布置在鋼筋籠中心位置并密封兩端，混凝土澆筑后形成空心板梁的中空部分。鋼筋及模板布置完成后，澆筑混凝土并在澆筑完成24h后拆除模板，養(yǎng)護(hù)28d后完成空心板梁的制備。
其中1塊作為試驗(yàn)梁B11.1.2鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固損傷空心板梁
另1塊空心板梁在梁體跨中進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓壓力加載至試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)承載能力的80%，梁體跨中位置及跨中兩側(cè)的梁底位置產(chǎn)生多條裂縫，再進(jìn)行梁底鋼絲繩張拉。根據(jù)文獻(xiàn)26]中鋼絲繩伸長率的公式計(jì)算得到鋼絲繩長2993.4mm，在鋼絲繩兩端預(yù)留15cm的錨固長度，采用公稱抗拉強(qiáng)度為1960MPa、直徑為4.0mm的6×7+IWS的鍍鋅鋼絲繩，在鋼絲繩兩端設(shè)置鋁套并由液壓機(jī)將鋁套和鋼絲繩壓牢，對空心板梁梁底進(jìn)行鑿毛處理后，采用螺栓和開槽角鋼將7根鋼絲繩（張拉控制應(yīng)力為300MPa）均勻布置并固定在空心板梁梁底位置（復(fù)合材料厚3cm），采用手持張拉設(shè)備將鋼絲繩張拉至預(yù)定位置。鋼絲繩張拉完成后，圍繞空心板梁粘貼澆筑模板，并進(jìn)行聚氨酯水泥澆筑。按照聚氨酯A料、聚氨酯B料、水泥、外加劑的質(zhì)量比為33.0：33.0：33.8：0.2稱取制備聚氨酯水泥的各材料，外加劑可抑制聚氨酯A料和聚氨酯B料混合后產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象。先將聚氨酯A料與水泥、外加劑混合后充分?jǐn)嚢?0~15
min，再添加聚氨酯水泥B料繼續(xù)攪拌3~5min；將充分混合的材料澆筑在已張拉鋼絲繩的空心板梁底面，聚氨酯水泥材料與試驗(yàn)梁底面、鋼絲繩充分接觸，在空心板梁底面逐漸硬化直至形成粘接牢固的加固層，拆除模板，在常溫下養(yǎng)護(hù)28d完成制備，制備的空心板梁作為試驗(yàn)梁B3，可進(jìn)行下一步試驗(yàn)。在攪拌和澆筑過程中聚氨酯水泥材料產(chǎn)生熱量，應(yīng)選擇溫度波動小的時間段進(jìn)行澆筑。
損傷空心板梁加固布置方式及截面如圖l所示。
1.2測點(diǎn)布置與加載方案
采用位移計(jì)在空心板梁梁底的跨中位置處測量位移；試驗(yàn)梁所受荷載由位于跨中位置的2個分配梁傳遞至梁體，分配梁間距為30cm，通過布置在千斤頂與反力架間的壓力傳感器測試加載過程中的壓力。先將壓力加載至5kN再開始試驗(yàn)，并開始采集試驗(yàn)梁梁體位移的初始數(shù)據(jù)，在每級加載10kN和接近試驗(yàn)梁極限荷載時測量梁體的位移，采集每次加載后試驗(yàn)梁梁底跨中位置產(chǎn)生的位移，直至試驗(yàn)梁破壞。
加載過程中記錄梁體裂縫出現(xiàn)時的荷載及每片試驗(yàn)梁的極限荷載。
2試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1試驗(yàn)現(xiàn)象及裂縫分布
對試驗(yàn)梁進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，得到B，、B2的開裂荷載、極限承載能力、跨中撓度并記錄梁體的破壞過程
B，未經(jīng)過加固，梁體上荷載未達(dá)到90kN時，B，處于彈性階段，梁跨中位置未出現(xiàn)明顯裂縫；梁體上荷載達(dá)到90kN時，在距離梁體跨中右側(cè)6cm的梁底位置開始出現(xiàn)裂縫；荷載達(dá)到l20kN時，在距梁體跨中4~20cm的兩側(cè)出現(xiàn)多條豎直發(fā)展的裂縫，此時裂縫最大寬度為0.12mm；荷載達(dá)到150kN時，已產(chǎn)生的裂縫繼續(xù)發(fā)展，裂縫最大延伸至距梁底26.9cm處，裂縫最大寬度為0.55mm，B1在跨中位置撓度急速增加，此時B，受彎破壞，破壞表現(xiàn)符合塑性破壞特征。
加載前，B.最大裂縫寬度為0.09mm，位于距梁體跨中右側(cè)7.50cm處，延伸至距梁底16cm處。施加荷載增大至l30kN，梁體跨中既有裂縫處的加固層產(chǎn)生裂縫。荷載增加到150kN時，加固層裂縫的最大寬度為0.26mm，梁體撓度快速增大；荷載為170kN時，梁體加固層內(nèi)部分鋼絲繩斷裂并產(chǎn)生劇烈聲響，隨后梁體持續(xù)發(fā)出細(xì)微碎裂聲；荷載增加到210kN時加固層內(nèi)的鋼絲繩全部拉斷，斷裂處的聚氨酯水泥復(fù)合材料破碎，梁體裂縫最寬為0.95cm，裂縫最大延伸至距梁底32.10cm處。B.加載直至破壞的過程中沒有出現(xiàn)加固層剝離現(xiàn)象·
B.破壞表現(xiàn)為：梁體加固層在混凝土梁既有裂縫位置產(chǎn)生新的裂縫，裂縫隨荷載增加而發(fā)展；鋼絲繩被拉斷的同時斷裂處的聚氨酯水泥復(fù)合材料破碎。經(jīng)預(yù)壓后再加固的空心板梁破壞主要分為鋼絲繩斷裂、復(fù)合材料開裂和整體結(jié)構(gòu)受彎破壞3個階段梁體破壞表現(xiàn)符合塑性破壞特征，屬于適筋梁破壞。
B、B.在經(jīng)過試驗(yàn)加載后梁體的裂縫分布如圖2所示。B2加固層破碎如圖3所示。
2.2撓度
為研究鋼絲繩聚氨酯水泥材料對損傷空心板梁的加固效果，通過模型試驗(yàn)可得各試驗(yàn)梁在分級荷載下跨中截面的撓度變化。選擇主要分級荷載下各試驗(yàn)梁的跨中截面撓度，對比分析復(fù)合材料對未加固試驗(yàn)梁和預(yù)載后損傷試驗(yàn)梁的加固效果。B1、B2在各級荷載作用下跨中截面實(shí)測撓度變化曲線如圖4所示。
由圖4可知：B：與B，在彈性階段內(nèi)相同荷載作用下的撓度接近且發(fā)展趨勢相同，B2在150kN荷載作用下，跨中截面撓度為4.4mm，比B1降低了22.81%。因此，鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料可提高空心板梁的整體剛度和承載性能，抑制了梁體變形。
2.3延性
位移延性系數(shù)是試驗(yàn)梁跨中極限撓度與屈服撓度的比值。采用位移延性系數(shù)分析試驗(yàn)梁的延性，B、B2的延性如表l所示。
由表1可知：B2的延性比B1增大了57.14%，B2梁體跨中位置的撓度發(fā)展較快。由圖4可知：B2的屈服階段較長，試驗(yàn)梁延性提升較明顯。預(yù)壓損壞后采用加固方式維修舊橋或受損空心板梁時，因其屈服段較長可在橋梁破壞前提供充足的預(yù)警信息，增強(qiáng)了橋梁的安全性。
2.4梁體裂縫寬度
隨施加在梁體上的荷載不斷增大，梁體由彈性階段進(jìn)入塑性階段并開始出現(xiàn)裂縫，裂縫隨荷載增大不斷發(fā)展，裂縫的最大寬度隨荷載的增大而持續(xù)增大。每級加載后梁體穩(wěn)定時，采用裂縫觀測儀觀測梁體裂縫的寬度，得到各級荷載作用下梁體的最大裂縫寬度·B1、B，在各級荷載作用下的最大裂縫寬度曲線如圖5所示。
由圖5可知：B1、B2的荷載一最大裂縫寬度曲線趨勢相似，荷載為150kN時，B2的最大裂縫寬度為0.26mm，比B，減小了52.73%；加固后梁體的破壞荷載大幅提升；破壞時最大裂縫寬度有減小趨勢。
2.5抗彎承載能力
B1、B2的實(shí)測屈服荷載分別為140、180kN，極限荷載分別為150、210kN。B2的實(shí)測屈服荷載、極限承載力比B，分別提高28.60%、40.00%，B2的抗彎承載能力比B，明顯提升，空心板梁梁體的屈服階段有所延長·采用鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固受損空心板梁提高了梁體的抗彎承載能力，加固效果明顯。
3結(jié)論
1）預(yù)壓后采用鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固的空心板梁，其破壞過程主要分為鋼絲繩斷裂、復(fù)合材料開裂和整體結(jié)構(gòu)受彎破壞3個階段，梁體破壞表現(xiàn)符合塑性破壞特征，為適筋梁破壞。
2）在相同荷載作用下，預(yù)壓后再加固的損傷空心板梁梁體撓度最大下降22.81%，梁體位移延性系數(shù)上升57.14%，梁體的屈服階段明顯延長，提升了梁橋整體的耐久性，可為橋梁破壞提供預(yù)警信息，保障橋梁的安全性。
3）在相同荷載作用下，鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固的空心板梁梁體最大裂縫寬度比未加固空心板梁減小了52.73%。采用鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固損傷空心板梁，可有效抑制空心板梁體裂縫的發(fā)展且抗彎效果顯著。
4）鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固的空心板梁的實(shí)測屈服荷載、極限荷載比未加固空心板梁分別提高28.60%、40.00%。采用鋼絲繩聚氨酯水泥復(fù)合材料加固梁體可顯著提高已損傷空心板梁橋體的整體承載性能。
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