淺談?lì)A(yù)應(yīng)力碳纖維板加固T梁關(guān)鍵設(shè)計(jì)與施工

摘 要：在役的許多舊橋由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工水平較低等因素的影響，已不能滿足交通量迅猛增長(zhǎng)的要求，因此迫切需要對(duì)這類舊橋進(jìn)行加固維修，其中單箱多室的寬箱梁橋橫向受力情況復(fù)雜，橫橋向的變形和應(yīng)力分布的翼緣板處和中心線處的差異大，單一而普通的加固對(duì)該類橋梁效果不明顯，因此需要采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固T梁的方法對(duì)該類橋梁進(jìn)行加固，這樣不僅能夠提高橋梁剛度和承載力，還能夠起到阻止裂縫發(fā)生及進(jìn)一步發(fā)展的作用。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；碳纖維板；加固T梁；設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

一、工程概況

洋河橋始建于1992年1月20日，竣工于1994年10月20日，橋梁全長(zhǎng)456.91m，上部結(jié)構(gòu)為18m×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T形梁，下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩、輕型橋臺(tái)。瀝青混凝土橋面鋪裝，板式橡膠支座。在十六年的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，洋河橋已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的病害。在2011年9月的定期檢查和特殊檢查中，發(fā)現(xiàn)T梁馬蹄緣開(kāi)裂、下?lián)献冃巍M隔板混凝土破損、局部鋼筋繡脹以及鋪裝層開(kāi)裂和車轍等病害。2012年7月，檢測(cè)單位又對(duì)該橋進(jìn)行了專項(xiàng)檢查，其中T梁預(yù)應(yīng)力管道專項(xiàng)檢查表明，大部分鋼束的張拉力小于設(shè)計(jì)值的10%-20%。檢查結(jié)果表明，部分病害發(fā)展迅速，結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行安全。

二、關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)

（一）預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨具

柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的專用成品夾片式錨具，采用摩阻錨固原理設(shè)計(jì)，通過(guò)夾片式錨具將碳纖維板錨固在簡(jiǎn)支梁兩端、梁底和側(cè)面，一端為固定端，一端為張拉端，側(cè)面及底面固定端或張拉端錯(cuò)開(kāi)布置。通過(guò)依次張拉錨固底面、側(cè)面粘貼碳纖維板對(duì)T梁施以預(yù)加力，達(dá)到主梁承載力加固和提高構(gòu)件剛度的目的。

（二）持久狀況承載能力極限狀態(tài)

依據(jù)對(duì)既有橋梁缺損狀況、材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)評(píng)定，及實(shí)際運(yùn)營(yíng)荷載狀況調(diào)查，確定如下各分項(xiàng)檢算系數(shù)：結(jié)構(gòu)檢算系數(shù)取1.0，耐久性惡化系數(shù)取0.12，截面折減系數(shù)取0.98，鋼筋截面折減系數(shù)取1，活載影響修正系數(shù)取1.2.采用Midas Civil軟件對(duì)單跨25m全橋簡(jiǎn)支T梁建立梁格桿系模型，考慮原張拉力損失，原預(yù)加力取設(shè)計(jì)值0.8倍，主要荷載作用為自重、二期恒載、預(yù)加力、活載、豎向梯度溫度效應(yīng)、支座不均勻沉降等。持久狀況承載能力極限狀態(tài)考慮荷載效應(yīng)為自重、預(yù)加力、活載、豎向梯度溫度、支座不均勻沉降，按規(guī)范進(jìn)行不利的荷載效應(yīng)組合。

（三）錨固端局部應(yīng)力驗(yàn)算

考慮到預(yù)應(yīng)力碳纖維板張拉施工時(shí)，錨固端通過(guò)化學(xué)螺栓傳遞張拉力至主梁，應(yīng)力分布較集中，需驗(yàn)算該工況下錨固端局部應(yīng)力分布大小。采用MidasFea軟件良好的細(xì)部建模功能，建立了錨固端細(xì)部有限元模型，并考慮鋼筋骨架對(duì)混凝土的約束作用，以強(qiáng)制位移方式輸入截面的位移邊界條件，張拉荷載以近似均布荷載方式加載在化學(xué)螺栓所在位置的混凝土孔壁處采用四節(jié)點(diǎn)四面體單元對(duì)錨固端細(xì)部節(jié)段進(jìn)行離散模擬，線單元離散模擬鋼筋骨架，整個(gè)模型共計(jì)50287個(gè)實(shí)體單元，22146個(gè)鋼筋單元，65536個(gè)節(jié)點(diǎn)。錨固端孔壁附近主應(yīng)力分布較集中，主拉應(yīng)力最大值為0.923MPa，小于抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.83MPa，主壓應(yīng)力最大值為8.5MPa，小于抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值22.4MPa。滿足規(guī)范要求。

三、關(guān)鍵施工技術(shù)

（一）工藝流程

1、主要施工要點(diǎn)

（1）定位、放樣。測(cè)量固頂端和張拉端錨栓孔中心之間的距離后，準(zhǔn)確標(biāo)注需鉆錨栓孔的位置。并放樣碳纖維板中心線、上下邊緣線，錨具切槽邊緣線、錨栓孔中心線、壓條中心線位置。

（2）切槽、鑿槽。用手提切割機(jī)按放樣位置切割安放碳纖維板錨具槽。并用電錘將放樣區(qū)域進(jìn)行鑿平，確保槽深度滿足設(shè)計(jì)要求為25m。

（3）鉆化學(xué)錨栓孔。鉆M24化學(xué)錨栓孔、M10壓緊條化學(xué)錨栓孔。

（4）錨栓孔清孔。先將噴嘴伸入成孔底部并吹入潔凈無(wú)油的壓縮空氣，向外拉出噴嘴，反復(fù)三次；將硬毛刷插入孔中，往返旋轉(zhuǎn)清刷三次；再將噴嘴伸入鉆孔底部吹氣，向外拉出噴嘴，反復(fù)三次。

（5）基面清理、打磨。用角磨機(jī)打磨清理需粘貼碳纖維板部位的基面，并用壓縮空氣將表面浮塵吹凈，對(duì)于表面嚴(yán)重凹凸不平處，涂抹找平膠。另外，基面并用鋼絲刷刷毛糙化處理。

（6）種植化學(xué)錨栓。種植前用工業(yè)酒精擦拭孔壁、孔底，再進(jìn)行種植。置入錨管，將化學(xué)錨栓單向旋轉(zhuǎn)插入，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度，并保證植入錨栓與孔壁間的間隙基本均勻，確保錨栓的位置和垂直度。

（7）預(yù)應(yīng)力碳纖維板戰(zhàn)長(zhǎng)。預(yù)應(yīng)力碳纖維板在工廠下料定制完成，碳纖維板和夾具擠壓成型為整體。為便于運(yùn)輸，預(yù)應(yīng)力碳纖維板卷成一捆包裝，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝前展長(zhǎng)。

（8）預(yù)應(yīng)力碳纖維板試裝，支座墊板調(diào)平。將成品預(yù)應(yīng)力碳纖維板布置設(shè)計(jì)位置，與固定端、張拉端錨具分別連接。同時(shí)，連接張拉端工具拉桿、工具擋板等，并安裝標(biāo)定千斤頂，連接油管、油泵和油表。通過(guò)千斤頂較小的頂力將預(yù)應(yīng)力碳纖維板拉直，分別對(duì)張拉端、固頂端支座板調(diào)平，保證張拉端支座板、固定端支座板、預(yù)應(yīng)力碳纖維板在一條直線且同一平面上，通過(guò)松、緊螺栓進(jìn)行支座墊板調(diào)平。

（9）支座墊板灌漿固定。帶支座墊板調(diào)平就位后，卸下千斤頂、張拉機(jī)具及預(yù)應(yīng)力碳纖維板，對(duì)支座墊板進(jìn)行封邊、灌漿固定

（10）錨固及防護(hù)。拆掉千斤頂、工具擋板等張拉部件。對(duì)錨具端涂刷一層環(huán)氧粘結(jié)劑，利用環(huán)氧砂漿完全封閉防護(hù)。對(duì)碳纖維板表面涂抹5mm厚碳纖維板粘結(jié)膠，用于保護(hù)碳纖維板和隔離紫外線。另外，為防止防護(hù)粘結(jié)劑在露天環(huán)境下老化，重新涂抹兩遍環(huán)氧水泥防護(hù)，保證在橋梁剩余使用壽命期間內(nèi)預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固耐久性。

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固工藝通過(guò)對(duì)碳纖維板張拉，發(fā)揮了加固材料高強(qiáng)、高彈的材料特性，主動(dòng)參與主結(jié)構(gòu)的一階段受力，避免了加固材料應(yīng)力滯后的影響，有效提高了原T梁結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂彎矩和承載能力。

參考文獻(xiàn)：

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