預應力碳纖維板加固技術在橋梁箱梁底部裂縫修復中的應用研究

中圖分類號U448 文獻標識碼A 文章編號 2096-8949（2025）08-0110-03

0 引言

橋梁作為交通基礎設施的重要組成部分，隨著時間的推移，許多早期建設的橋梁由于設計標準偏低、使用環境復雜以及長期荷載作用等因素，逐漸出現一系列的結構損傷問題，如箱梁底部裂縫、鋼筋銹蝕等[1]。而箱梁作為橋梁的主要承重結構之一，發生上述問題后不僅降低橋梁的承載能力和耐久性，還對交通安全構成潛在威脅。因此，對橋梁進行及時的維修加固顯得尤為重要。在橋梁維修加固領域，預應力碳纖維板加固技術作為一種新型的、高效的加固手段[2；該技術結合碳纖維材料的高強度特性與預應力技術的優勢，通過在橋梁的受拉區域黏貼碳纖維板并施加預應力，使其與橋梁結構共同工作，從而顯著提高結構的承載能力和整體性能。與傳統的加固方法相比，預應力碳纖維板加固技術具有施工便捷、對交通影響小、加固效果顯著等諸多優點。

該文結合工程實例深入研究預應力碳纖維板加固技術在橋梁箱梁底部裂縫修復中的應用，通過對技術特點分析、加固方案設計、加固機理、施工工藝、質量控制以及實際應用效果等方面進行研究，以期為橋梁維修加固領域提供一種更為高效、可靠的加固方案，為橋梁的長期使用和交通安全提供有力保障。

1預應力碳纖維板加固技術在梁底部裂縫修復中的應用

1.1工程概況

為研究預應力碳纖維板加固技術在梁底部裂縫修復中的應用，該文以山西某高架橋為例展開相關研究，該工程第一聯跨徑尺寸為 3 × 4 0 m+2 × 2 8 . 5 m ，橋面整體采用瀝青混凝土鋪裝，橋面寬度為 1 6 . 5 m ，其橫向坡度為單相 2 % 。橋梁上部結構以預應力混凝土連續箱梁為主，為單箱5室，梁高為 1 . 8 m ，梁底采用魚腹式弧形斷面設計。橋梁的下部結構以肋板臺為主，實體墩采用鉆孔灌注樁作為樁基礎，設計荷載為城市-A級。其結構如圖1所示。

對該橋梁箱梁底部進行查看后，發現其存在數條橫向裂縫，其中最大寬度接近 0 . 2 m m ，長度達到 8 . 5 m ，同時箱梁底部還存在網裂等情況。這些病害會隨著時間的延長繼續發展，并且對于橋梁的整體使用壽命造成一定影響[4。因此，須采取合理的處理措施進行加固，以此保證箱梁的穩固性。

1.2預應力碳纖維板加固方案

依據預應力碳纖維板加固技術的特點設計橋梁箱梁底部裂縫修復方案，其加固方案示意圖如圖2所示。

按照圖2的方案，利用預應力碳纖維板加固技術進行橋梁箱梁底部裂縫修復，該工程使用的預應力碳纖維板技術參數如表1所示。

該方案設計目的在于：（1）首要提升底部的承載能力，將四條預應力碳纖維板部署在箱梁的底板上；（2）有效解決區域強度問題，在發現鋼絞線斷裂的腹板一側，特別增設一條預應力碳纖維板，提升其承載力。

1.3預應力碳纖維板加固技術施工要點

確定修復方案后，進行預應力碳纖維板加固施工，其整個施工步驟較多，各個步驟的施工要點如下所示：

（1）表面處理。先對修復的梁體表面進行打磨處理，確保修復區域不存在尖銳、凸起等情況，保證整體的平整度[5]。

（2）開槽成孔。錨具（張拉器）底座的安裝前，需先進行開槽處理，在該過程中需嚴格控制開槽深度，確保其略小于 3 c m 的鋼筋保護層厚度，以此避免對關鍵的梁體鋼筋造成不必要的損傷。隨后，根據精確的設定位置，采用沖擊鉆技術，確保垂直向梁體基礎面進行精準打孔，孔的深度被設計為略大于螺栓的實際長度，具體超出范圍控制在 之間；孔徑稍大于螺栓直徑 最大限度降低對結構完整性的潛在影響，力求在加固的同時保護梁體的原有結構。

（3）錨栓植入。選用高質量的無機結構植筋膠和錨固高強度不銹鋼材質的螺栓桿，作為植入錨栓，以確保錨固系統的耐久性和抗腐蝕性達到最優。在植筋膠充分固化，其強度完全符合設計規范后，方可進行錨具底座的精確安裝。

（4）錨具和碳纖維板安裝。該工序是加固技術的重要工序，在預先精確開鑿的槽口混凝土基底上，均勻涂抹一層特制的聚合物砂漿或修補膠，實現底面的精細修補與平整化處理。隨后，遵循嚴格的施工規范，將固定端與張拉端的錨具底座精準安裝至預定位置，并通過擰緊螺母確保底座的穩固性。

在底座安裝妥當后，采用高濃度酒精對碳纖維板上的特定區域進行細致擦洗，在該過程中需保護板面免受損傷。接著，將結構膠涂抹在碳纖維板上，精確控制其平均厚度以及均勻性，厚度控制在 3 m m 內，以此確保最佳的黏合效果。最后，將涂好膠的碳纖維板與錨具組件逐一安裝至底座上，并再次擰緊螺母，完成整個加固流程。

（5）張拉操作。張拉操作是該技術的核心步驟，在碳纖維板張拉作業前，首要步驟是進行預緊操作，確保碳纖維板達到緊繃平直狀態。隨后，對整體受力狀況進行全面細致的檢查，特別注意識別并消除任何受力不均的現象，必要時采取針對性措施進行調整，以保證力的均勻傳遞。進入張拉階段，嚴格遵守對稱性原則，確保每片T梁兩側的碳纖維板同步進行張拉作業，以維持結構的平衡與穩定。張拉過程采取分級實施的方式，精細控制每一階段的張拉力度。采用同步頂升千斤頂按0 1 0 % （預緊） 的張拉程序進行預應力張拉，每個張拉的持荷時間均為 5 m i n 。為保證較好的張拉效果，需計算張拉控制應力 （MPa），其計算公式為：

式中， E —碳纖維板的彈性模量（ ； 碳纖維板的應變量！ （ % ）。

該文基于上述公式并結合相關參數精確的計算結果，將張拉控制力設定為 1 9 2 k N ，并嚴格以此為標準指導張拉作業，有效避免超張拉或張拉不足的情況，從而確保張拉質量完全符合既定標準與要求。

張拉過程中，需嚴格控制伸長量，不可超過理論值的 6 % ，一旦超過后需立即進行檢查。為掌握伸長量的實際結果，則按照公式（2）進行計算：

式中， Δ L 一 一碳纖維板實際伸長值 （ m m ）； 初應力至設計張拉力的實測伸長值（mm）； 初應力以下時碳纖維板的推算伸長值（ i n m ）； L 伸長值（mm）。

預應力碳纖維板的理論伸長值 （mm）計算公式為：

式中， F 1 張拉力（N）； A 一 碳纖維板的橫截面積（ ）。

按照上述公式嚴格控制張拉過程中的伸長量，以此避免發生過拉現象，保證張拉施工質量，張拉示意圖如圖3所示。

（6）壓緊和防護。完成預應力碳纖維板的張拉工序后，首要任務是徹底清除碳纖維板邊緣溢出的結構膠，確保表面整潔。緊接著，安裝壓緊條以進一步穩固碳纖維板的位置。對于單片梁上的碳纖維板施工完成后，應及時拆卸張拉工具，隨后對整個施工區域進行全面清理，恢復現場整潔。為增強錨具部位的防護性能，采用環氧砂漿對固定端和張拉端的錨具進行封錨處理，有效隔絕外界環境對錨具的侵蝕。同時，在碳纖維板表面均勻涂抹一層防護膠，形成一層堅實的保護層，以抵御日常使用中可能遇到的磨損、腐蝕等不利因素，從而延長碳纖維板的使用壽命并確保其性能穩定。

2 結果分析

利用預應力碳纖維板完成橋梁箱梁底部裂縫修復后，為測試其修復效果，對修復后的橋梁箱梁進行靜載試驗，并依據鑒定性荷載試驗荷載效率 ψ 指標進行判斷，即判斷結構是否滿足 0 . 9 5 ？ ψ ？ 1 . 0 5 ，同時撓度校驗系數是否小于1，以此判斷該技術的技術效果。靜載試驗使用的加載車輛詳情和參數詳情如圖4和表2所示。

[注：A為卡車最尾部位置（貨斗下方），B為中部位置（貨斗與前輪之間），C為駕駛室后方位置（靠近發動機艙）]

在加固后的梁體上部署測點，部署方案為等距離均勻部署，共計部署30個測點，通過靜載試驗進行測試后，獲取各個測點的荷載效率結果和撓度校驗系數結果。隨機呈現其中15個測點的試驗結果，如表3所示。

分析表3測試結果得出：通過預應力碳纖維板進行橋梁箱梁底部裂縫修復后，靜載荷下，梁體各個測點的荷載效率 ψ 值，滿足 0 . 9 5 ？ ψ ？ 1 . 0 5 的標準；并且撓度校驗系數均在1之內，其中最大值為0.97。因此，通過預應力碳纖維板能夠有效完成橋梁箱梁底部裂縫修復，在靜荷載下結構沒有發生新增裂縫，整體承載力較好，滿足工程的修復需求。

3結論

為保證橋梁箱梁底部裂縫修復效果，該文結合實際工程研究預應力碳纖維板加固技術，該技術在實際應用時，可以根據橋梁箱梁底部裂縫的實際情況進行定制，適應各種形狀和尺寸的加固需求。這種靈活性使得預應力碳纖維板成為橋梁箱梁底部裂縫修復的理想選擇；通過主動施加預應力，預應力碳纖維板能夠顯著提高橋梁箱梁底部的剛度和抗裂性能，減少結構變形，確保加固效果。這種主動加固方式比傳統的被動加固方式更為有效，能夠保證橋梁箱梁底部裂縫的有效修復。

參考文獻

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[2]惠亞龍.公路預制箱梁體外預應力碳纖維板加固技術的應用研究[J].工程技術研究，2023（15）：31-33.

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