預應力碳纖維布加固橋梁應用技術研究

摘? 要：近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的迅速增長，公路橋梁事業(yè)邁入了一個全新的發(fā)展階段，各種在建和已建橋梁的規(guī)模不斷刷新著世界記錄，取得了令人矚目的成績。當前我國很多早期修建的橋梁工程已步入大修加固階段，預應力碳纖維布的應用，可以達到良好的應用效果。基于此，本文依托某橋梁工程，確定了加固方案，并對加固施工工藝和荷載試驗評估情況進行了分析與探討，以期進一步推動預應力碳纖維布在橋梁加固中的應用。

關鍵詞：預應力碳纖維布;橋梁加固;施工工藝

中圖分類號：U445.72? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2020）10-0000-00

0引言

如何做好橋梁工程加固施工成為了人們關注的焦點。作為一種主動加固的新型結(jié)構工藝，預應力碳纖維布的應用，可以將傳統(tǒng)被動加固變?yōu)橹鲃蛹庸蹋軌蚝图庸虡嫾餐瑯嫵梢粋€整體，相當于在梁底施加了預拉力，因此可在很大程度上抑制新裂縫的產(chǎn)生，有效提升構件剛度，減少撓度，改善橋梁結(jié)構的使用性能。在橋梁加固施工中，預應力碳纖維布因其優(yōu)異的性能得到了廣泛應用[1]。

1 工程概況

某預應力鋼筋混凝土空心板橋，橋臺為U型橋臺，擴大基礎，橋面鋪裝瀝青混凝土，厚度為7.0cm。經(jīng)多年通車運營，本橋梁已出現(xiàn)了多處病害，比如，縱、橫向裂縫及橋臺臺帽等處混凝土損壞，這些病害的出現(xiàn)，已對橋梁的耐久性和安全造成了一定影響。針對此問題，決定對本橋梁進行加固處治[2]。

2 加固方案的確定

基于本橋梁存在大量縱、橫向裂縫問題，且局部空心板鉸縫嚴重脫落，在單板受力的條件下，承載能力嚴重下降，因此會影響橋梁通行的安全性。針對本橋梁來講，需解決2方面問題，其一，封閉橋梁表面的大量裂縫;其二，增加承載力儲備。為此，提出了主動加固方案，以此提升橋梁的承載能力。此外，還要采用橫向增加聯(lián)系措施，改善空心板的受力狀況。具體部位加固方案如表1所示。

3 預應力碳纖維布加固施工工藝

第一，基面處理。將粘貼面混凝土的浮粒及風化層等清理干凈，針對凸出部位，可磨平處理，并打磨轉(zhuǎn)角部位，磨成圓角，隨后均勻涂抹找平膠。

第二，定位放線。利用鋼筋探測儀確定混凝土梁內(nèi)鋼筋位置，并確定安裝錨具的準確位置。在張拉端預留一定施工間距，一般控制在60cm以上。

第三，安裝錨具及張拉設備。通過錨栓進行錨具位置及方向的確定，保證與中心線的偏差控制在±2°。在孔洞內(nèi)安裝錨栓后，可通過結(jié)構膠沿孔洞周圍及邊緣進行孔洞和錨具間空隙的填封，一般封閉膠需30min以上才能固化，所以必須預留足夠時間，確保完全固化。

第四，安裝張拉端后，需對邊緣、基面的緊密程度進行詳細核驗，若還存在空隙，可再次利用結(jié)構膠進行封閉，且保持一定的固化時間。

第五，張拉預應力碳纖維布。碳纖維布的下料程度需根據(jù)測量后的兩端中心孔洞距離確定，在施加預應力前，不允許進行拉拔試驗。待基面修整磨平后，可將一薄層底膠涂抹到其表面，從而保證其與碳纖維布粘結(jié)更緊密。在張拉設備上安裝好碳纖維布并將其固定端固定，從而進行張拉施工。

第六，錨固張拉端。完成預應力碳纖維布張拉施工后，可將樹脂膠均勻涂抹到碳纖維布上，并將張拉端錨固螺栓擰緊，卸除千斤頂，將螺桿過長部位切除，每隔2m沿碳纖維布方向固定一道壓片。

4 預應力碳纖維布加固后荷載試驗評估分析

為了檢驗預應力碳纖維布加固后的橋梁使用效果，在完成加固施工后，本文通過動載試驗、靜載試驗對橋梁進行了測定，主要檢測橋梁重要部位混凝土梁的撓度、應力和裂縫情況，從而對加固后的橋梁受力性能進行綜合評估[2]。

4.1 靜載試驗評估

針對靜載試驗，本工程采用了分級加載法，具體方案如下：

（1）工況一：偏心加載。共進行四級加載，兩排加載車后軸間距分別為：一級加載為8.0m，二級加載為6.0m，三級加載為5.0m，四級加載為4.5m。

（2）工況二：對稱加載。共進行四級加載，兩排加載車后軸間距分別為：一級加載8.0m，二級加載為5.5m，三級加載為5.0m，四級加載為4.5m。

通過兩種不同工況，分別對撓度、應力情況進行測定與評價，所得結(jié)果如表2所示。

由表2可見，在兩種不同工況加載作用下，空心板橋梁的撓度、應力檢測結(jié)果均可達到公路I級荷載標準要求。除了檢驗空心板梁控制斷面測點撓度、應力之外，還對加固后的1#、3#板在兩種不同工況下的裂縫情況進行了測定。所得結(jié)果如下：

工況一：①加固后1#板。在加載初始條件下裂縫寬度最大值為0.18mm，滿載后裂縫寬度最大值為0.22mm;②加固后3#板。加載初始條件下裂縫寬度最大值為0.16mm，滿載后最大值為0.19mm。

工況二：①加固后1#板。在加載初始條件下裂縫寬度最大值為0.19mm，滿載后裂縫寬度最大值為0.19mm;②加固后3#板。加載初始條件下裂縫寬度最大值為0.16mm，滿載后最大值為0.17mm。經(jīng)上述分析，無論是哪一種工況，或是加載初始階段、滿載階段，裂縫寬度均在規(guī)定要求以內(nèi)。由此說明，橋梁采用預應力碳纖維布加固后，橋梁的大部分裂縫已經(jīng)閉合，大大提升了其剛度。因此，在整個加載環(huán)節(jié)，可以看到在兩種不同工況下，裂縫寬度有輕微變化，但是卸載后，裂縫又很快恢復到了加載前的寬度，表明橋梁處于彈性變形狀態(tài)。

4.2 動載試驗評估

動載試驗時，采用一輛載重480kN加載車按照“由西向東”的方向在不同車速下通過孔跨，測試結(jié)果顯示，第一，車速20km/h的情況下，沖擊系數(shù)為1.05;第二車速40km/h的情況下，沖擊系數(shù)為1.09，相比規(guī)范要求1.34，兩種不同車速條件下所得沖擊系數(shù)均可滿足要求[3]。

此外，為檢測橋梁隨機振動響應信號情況，又對空心板梁作了脈動試驗，通過測試可得9.90Hz為結(jié)構的自振頻率，相比理論值7.47Hz，實測值相對較大，可滿足規(guī)定要求。

通過上述分析可見，在動荷載作用下，加固后的空心板橋梁所測結(jié)果均可滿足規(guī)定要求，表明橋梁處于安全工作狀態(tài)。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國公路建設規(guī)模持續(xù)擴大，道路等級不斷提升。橋梁作為公路建設的重點工程，隨著使用年限的不斷增加，很多橋梁病害愈加嚴重，甚至出現(xiàn)了結(jié)構性問題。為了有效提升結(jié)構的承載能力，保障行車安全，必須做好橋梁加固施工。預應力碳纖維布的應用，可以有效加固橋梁結(jié)構，全面提升橋梁工程的整體質(zhì)量。

參考文獻

[1]王媛媛.現(xiàn)役混凝土板梁預應力碳纖維板加固效果研究[J].建筑技術，2018，49（5）：521-524.

[2]周杰峰.預應力碳纖維加固技術在某大橋中的應用[J].特種結(jié)構，2019，36（2）：57-60.

[3]郭炳坤.增韌劑的種類與用量對橋梁加固用結(jié)構膠拉伸性能的影響[J].山西交通科技，2019（4）：75-77.

收稿日期：2020-09-07

作者簡介：王磊（1984—），男，河南焦作人，本科，工程師，研究方向：公路城市橋梁設計。