淺談預應力碳纖維板加固T梁關鍵設計與施工

摘 要：在役的許多舊橋由于設計標準、施工水平較低等因素的影響，已不能滿足交通量迅猛增長的要求，因此迫切需要對這類舊橋進行加固維修，其中單箱多室的寬箱梁橋橫向受力情況復雜，橫橋向的變形和應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該類橋梁效果不明顯，因此需要采用預應力碳纖維板加固T梁的方法對該類橋梁進行加固，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生及進一步發展的作用。

關鍵詞：預應力；碳纖維板；加固T梁；設計與施工技術

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456.91m，上部結構為18m×25 m預應力混凝土簡支T形梁，下部結構為雙柱式橋墩、輕型橋臺。瀝青混凝土橋面鋪裝，板式橡膠支座。在十六年的運營過程中，洋河橋已經出現不同程度的病害。在2011年9月的定期檢查和特殊檢查中，發現T梁馬蹄緣開裂、下撓變形、橫隔板混凝土破損、局部鋼筋繡脹以及鋪裝層開裂和車轍等病害。2012年7月，檢測單位又對該橋進行了專項檢查，其中T梁預應力管道專項檢查表明，大部分鋼束的張拉力小于設計值的10%-20%。檢查結果表明，部分病害發展迅速，結構力學性能進一步惡化，嚴重影響橋梁結構的運行安全。

二、關鍵設計技術

（一）預應力碳纖維板錨具

柳州歐維姆機械股份有限公司生產的專用成品夾片式錨具，采用摩阻錨固原理設計，通過夾片式錨具將碳纖維板錨固在簡支梁兩端、梁底和側面，一端為固定端，一端為張拉端，側面及底面固定端或張拉端錯開布置。通過依次張拉錨固底面、側面粘貼碳纖維板對T梁施以預加力，達到主梁承載力加固和提高構件剛度的目的。

（二）持久狀況承載能力極限狀態

依據對既有橋梁缺損狀況、材質狀況與狀態參數評定，及實際運營荷載狀況調查，確定如下各分項檢算系數：結構檢算系數取1.0，耐久性惡化系數取0.12，截面折減系數取0.98，鋼筋截面折減系數取1，活載影響修正系數取1.2.采用Midas Civil軟件對單跨25m全橋簡支T梁建立梁格桿系模型，考慮原張拉力損失，原預加力取設計值0.8倍，主要荷載作用為自重、二期恒載、預加力、活載、豎向梯度溫度效應、支座不均勻沉降等。持久狀況承載能力極限狀態考慮荷載效應為自重、預加力、活載、豎向梯度溫度、支座不均勻沉降，按規范進行不利的荷載效應組合。

（三）錨固端局部應力驗算

考慮到預應力碳纖維板張拉施工時，錨固端通過化學螺栓傳遞張拉力至主梁，應力分布較集中，需驗算該工況下錨固端局部應力分布大小。采用MidasFea軟件良好的細部建模功能，建立了錨固端細部有限元模型，并考慮鋼筋骨架對混凝土的約束作用，以強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螺栓所在位置的混凝土孔壁處采用四節點四面體單元對錨固端細部節段進行離散模擬，線單元離散模擬鋼筋骨架，整個模型共計50287個實體單元，22146個鋼筋單元，65536個節點。錨固端孔壁附近主應力分布較集中，主拉應力最大值為0.923MPa，小于抗拉強度設計值1.83MPa，主壓應力最大值為8.5MPa，小于抗壓強度設計值22.4MPa。滿足規范要求。

三、關鍵施工技術

（一）工藝流程

1、主要施工要點

（1）定位、放樣。測量固頂端和張拉端錨栓孔中心之間的距離后，準確標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。用手提切割機按放樣位置切割安放碳纖維板錨具槽。并用電錘將放樣區域進行鑿平，確保槽深度滿足設計要求為25m。

（3）鉆化學錨栓孔。鉆M24化學錨栓孔、M10壓緊條化學錨栓孔。

（4）錨栓孔清孔。先將噴嘴伸入成孔底部并吹入潔凈無油的壓縮空氣，向外拉出噴嘴，反復三次；將硬毛刷插入孔中，往返旋轉清刷三次；再將噴嘴伸入鉆孔底部吹氣，向外拉出噴嘴，反復三次。

（5）基面清理、打磨。用角磨機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，對于表面嚴重凹凸不平處，涂抹找平膠。另外，基面并用鋼絲刷刷毛糙化處理。

（6）種植化學錨栓。種植前用工業酒精擦拭孔壁、孔底，再進行種植。置入錨管，將化學錨栓單向旋轉插入，直至達到設計深度，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）預應力碳纖維板戰長。預應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。為便于運輸，預應力碳纖維板卷成一捆包裝，運至現場安裝前展長。

（8）預應力碳纖維板試裝，支座墊板調平。將成品預應力碳纖維板布置設計位置，與固定端、張拉端錨具分別連接。同時，連接張拉端工具拉桿、工具擋板等，并安裝標定千斤頂，連接油管、油泵和油表。通過千斤頂較小的頂力將預應力碳纖維板拉直，分別對張拉端、固頂端支座板調平，保證張拉端支座板、固定端支座板、預應力碳纖維板在一條直線且同一平面上，通過松、緊螺栓進行支座墊板調平。

（9）支座墊板灌漿固定。帶支座墊板調平就位后，卸下千斤頂、張拉機具及預應力碳纖維板，對支座墊板進行封邊、灌漿固定

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

預應力碳纖維板加固工藝通過對碳纖維板張拉，發揮了加固材料高強、高彈的材料特性，主動參與主結構的一階段受力，避免了加固材料應力滯后的影響，有效提高了原T梁結構的開裂彎矩和承載能力。

參考文獻：

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[2]蔣方河，曲直.預應力碳纖維板在湖北舊橋加固中的應用研究[J].公路交通科技（應用技術版）.2014（12）.