引言
目前在我國公路橋梁建設中，中小型橋梁構造物多采用裝配式鉸接板結構。各板問通過現(xiàn)澆的企口混凝土鉸縫聯(lián)結在一起，從而使作用于某一片板上的局部荷載分配給各板來共同承受，然而，如果鉸縫或橫向聯(lián)結失效，則所有荷載將由該板單獨承受，就形成了“單板受力”狀態(tài)。單板受力狀況的出現(xiàn)，使橋梁的承載能力和耐久性都大大降低，給行車安全帶來了極大隱患。為有效避免和根治這一問題，現(xiàn)越來越多地采用對空心板施加橫向體外預應力加固技術。而如何采用經濟、有效的加固技術來解決橋梁中出現(xiàn)的“單板受力”問題已經成為當前橋梁界急需解決的課題。
1、工程背景
某環(huán)城高速公路橋梁上部為裝配式預應力混凝土空心板（部分預應力A類構件）結構，跨徑25m，下部結構為預應力混凝土蓋梁、圓柱式墩、肋板式橋臺及鉆孔灌注樁基礎。橋梁上部結構橫斷面布置圖見圖1所示
該橋投人運營已10年多，定期檢查發(fā)現(xiàn)該橋存在許多病害，首先預制板問鉸縫松動、脫落，以致空心板底面出現(xiàn)較嚴重橫向裂縫；其次由于鉸縫橫向連接作用降低，在車輪的沖擊荷載作用下，橋面行車道上的瀝青面層普遍存在車轍和縱向貫通裂縫現(xiàn)象，縱向裂縫不均勻地分布在行車道鉸縫的上方，逐漸形成一縱向破碎帶，雨、雪、水等長期通過破碎后的鉸縫滲入板底，從而鉸縫滲水痕跡較為明顯翻；另外，該橋空心板底板混凝土缺損、露筋嚴重，泛堿現(xiàn)象較為普遍。因此為評估施加橫向預應力后橋梁的整體加固效果，而采用ANSYS有限元軟件進行數值分析以模擬加固情況進行理論分析計算。
2、有限元模型建立
利用ANSYS軟件對鉸接板橋建立了空間實體有限元模型。鉸縫和空心板均采用Solid45單元建立，每個節(jié)點有3個平動自由度，對于板橋的鋼筋不予考慮。對于裝配式鉸接板結構舊橋而言，由于現(xiàn)澆鉸縫混凝土的收縮，使得鉸縫與空心板處新老混凝土問的黏結性能較差，空心板與鉸縫基本是分離開的，故可近似以為板與鉸縫在上緣處于連結狀態(tài)，在下緣處是分離的。因此在建模時，可將鉸縫與空心板分開建立，然后耦合空心板與鉸縫上緣的自由度。
預應力鋼絞線采用二三維桿系單元Link8單獨建立，橫向預加力則采用等效溫度荷載施加，桿單元與實體單元間通過將同一位置處的節(jié)點對的自由度耦合來實現(xiàn)聯(lián)結。
對空心板橋，橫向預應力筋加固的布置順序為：在順橋向，從橋梁跨中算起，依次在距跨中為0m、2m和4m處各設置一橫向體外預應力筋，共計5根。在豎橋向，體外預應力筋布置在空心板底下方6cm處的位置，預應力筋的兩端與兩側邊板相應位置處剛性連接，形成體外無黏結預應力體系。
預應力荷載則按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）的相關規(guī)定，按實際有效的橫向體外張拉應力大于鋼絞線標準強度的40%范同內取某一經濟的噸位，本模型計算中預應力荷載大小設為173．3 kN/根。
分別在空心板Nl～N8號板縱向跨中處施加豎向單位荷載，先求得荷載橫向分布影響線。汽車荷載布置首先用JTG D60---2004公路一I級標準車輛荷載由梁端走向梁尾，根據時程位移曲線分析車輛荷載縱向最不利位置，在求得縱向最不利位置后，再按最不利情況進行工況布載。
汽車荷載采用規(guī)范中的車輛荷載時，只考慮汽車荷載以點方式傳遞集中力，不考慮輪胎接觸問題。
3、實體模型分析結果
3．1 荷載橫向分布系數分析
為能對預應力施加后的加同效果進行評估，對預應力筋加固前后的N1一N4號板荷載橫向分布影響線進行了對比分析，計算結果見圖3所示。
為了能對空心板橋的加固效果進行具體評估，以各板撓度橫向分布影響線豎標值的最大值
及最小值
的差值
在加固前、后的變化
作為評價加固效果的指標 ，則可以得到空心板施加橫向預應力后的具體加同效果，計算結果如表1所示。
通過以上計算結果不難發(fā)現(xiàn)，橫向體外預應力施加后各板的荷載橫向分布影響線變得相對較為平緩，這表明荷載的橫向分布由相對集中向變得相對
均勻方向轉變，使得各板間的橫向協(xié)同作用得以增強；同時也說明橫向預應力施加后能較大程度地改善裝配式預應力混凝土空心板橋荷載的橫向分布規(guī)律，增大空心板橋的橫向剛度和板問橫向聯(lián)系I I，從而減少了單板受力現(xiàn)象的發(fā)生，得以對空心板橋進行了加固。
3．2 位移分析
通過計算可以得到在體外預應力筋加同前后，各荷載T況下的結構豎向位移，計算結果如圖4（第53頁）及表2（第53頁）所示。
比較預應力加同前后計算結果及位移云圖可知：橫向體外預應力筋加固后，位移云圖有由盆狀向帶狀方向漸變的趨勢，表明橋梁的橫向剛度增強，板問有由鉸接漸變?yōu)閯偨拥内厔荨１砻魇┘訖M向預應力后，板間的相互作用增強，加固取得了效果。
4、小結
通過對比施加橫向預應力加固前、后的計算結果可以看出，對裝配式預應力混凝土空心板橋采用施加橫向預應力的方法來進行加固，能夠較有效地改善其荷載橫向分布規(guī)律，增強空心板橋梁結構間的橫向聯(lián)系，從而減少和避免了單板受力現(xiàn)象發(fā)生，且橫向體外預應力加固效果相對較為明顯。
