预应力碳纤维布加固桥梁应用技术研究

摘  要：近年来，随着我国国民经济的迅速增长，公路桥梁事业迈入了一个全新的发展阶段，各种在建和已建桥梁的规模不断刷新着世界记录，取得了令人瞩目的成绩。当前我国很多早期修建的桥梁工程已步入大修加固阶段，预应力碳纤维布的应用，可以达到良好的应用效果。基于此，本文依托某桥梁工程，确定了加固方案，并对加固施工工艺和荷载试验评估情况进行了分析与探讨，以期进一步推动预应力碳纤维布在桥梁加固中的应用。

关键词：预应力碳纤维布;桥梁加固;施工工艺

中图分类号：U445.72    文献标识码：A         文章编号：2096-6903（2020）10-0000-00

0引言

如何做好桥梁工程加固施工成为了人们关注的焦点。作为一种主动加固的新型结构工艺，预应力碳纤维布的应用，可以将传统被动加固变为主动加固，能够和加固构件共同构成一个整体，相当于在梁底施加了预拉力，因此可在很大程度上抑制新裂缝的产生，有效提升构件刚度，减少挠度，改善桥梁结构的使用性能。在桥梁加固施工中，预应力碳纤维布因其优异的性能得到了广泛应用[1]。

1 工程概况

某预应力钢筋混凝土空心板桥，桥台为U型桥台，扩大基础，桥面铺装沥青混凝土，厚度为7.0cm。经多年通车运营，本桥梁已出现了多处病害，比如，纵、横向裂缝及桥台台帽等处混凝土损坏，这些病害的出现，已对桥梁的耐久性和安全造成了一定影响。针对此问题，决定对本桥梁进行加固处治[2]。

2 加固方案的确定

基于本桥梁存在大量纵、横向裂缝问题，且局部空心板铰缝严重脱落，在单板受力的条件下，承载能力严重下降，因此会影响桥梁通行的安全性。针对本桥梁来讲，需解决2方面问题，其一，封闭桥梁表面的大量裂缝;其二，增加承载力储备。为此，提出了主动加固方案，以此提升桥梁的承载能力。此外，还要采用横向增加联系措施，改善空心板的受力状况。具体部位加固方案如表1所示。

3 预应力碳纤维布加固施工工艺

第一，基面处理。将粘贴面混凝土的浮粒及风化层等清理干净，针对凸出部位，可磨平处理，并打磨转角部位，磨成圆角，随后均匀涂抹找平胶。

第二，定位放线。利用钢筋探测仪确定混凝土梁内钢筋位置，并确定安装锚具的准确位置。在张拉端预留一定施工间距，一般控制在60cm以上。

第三，安装锚具及张拉设备。通过锚栓进行锚具位置及方向的确定，保证与中心线的偏差控制在±2°。在孔洞内安装锚栓后，可通过结构胶沿孔洞周围及边缘进行孔洞和锚具间空隙的填封，一般封闭胶需30min以上才能固化，所以必须预留足够时间，确保完全固化。

第四，安装张拉端后，需对边缘、基面的紧密程度进行详细核验，若还存在空隙，可再次利用结构胶进行封闭，且保持一定的固化时间。

第五，张拉预应力碳纤维布。碳纤维布的下料程度需根据测量后的两端中心孔洞距离确定，在施加预应力前，不允许进行拉拔试验。待基面修整磨平后，可将一薄层底胶涂抹到其表面，从而保证其与碳纤维布粘结更紧密。在张拉设备上安装好碳纤维布并将其固定端固定，从而进行张拉施工。

第六，锚固张拉端。完成预应力碳纤维布张拉施工后，可将树脂胶均匀涂抹到碳纤维布上，并将张拉端锚固螺栓拧紧，卸除千斤顶，将螺杆过长部位切除，每隔2m沿碳纤维布方向固定一道压片。

4 预应力碳纤维布加固后荷载试验评估分析

为了检验预应力碳纤维布加固后的桥梁使用效果，在完成加固施工后，本文通过动载试验、静载试验对桥梁进行了测定，主要检测桥梁重要部位混凝土梁的挠度、应力和裂缝情况，从而对加固后的桥梁受力性能进行综合评估[2]。

4.1 静载试验评估

针对静载试验，本工程采用了分级加载法，具体方案如下：

（1）工况一：偏心加载。共进行四级加载，两排加载车后轴间距分别为：一级加载为8.0m，二级加载为6.0m，三级加载为5.0m，四级加载为4.5m。

（2）工况二：对称加载。共进行四级加载，两排加载车后轴间距分别为：一级加载8.0m，二级加载为5.5m，三级加载为5.0m，四级加载为4.5m。

通过两种不同工况，分别对挠度、应力情况进行测定与评价，所得结果如表2所示。

由表2可见，在两种不同工况加载作用下，空心板桥梁的挠度、应力检测结果均可达到公路I级荷载标准要求。除了检验空心板梁控制断面测点挠度、应力之外，还对加固后的1#、3#板在两种不同工况下的裂缝情况进行了测定。所得结果如下：

工况一：①加固后1#板。在加载初始条件下裂缝宽度最大值为0.18mm，满载后裂缝宽度最大值为0.22mm;②加固后3#板。加载初始条件下裂缝宽度最大值为0.16mm，满载后最大值为0.19mm。

工况二：①加固后1#板。在加载初始条件下裂缝宽度最大值为0.19mm，满载后裂缝宽度最大值为0.19mm;②加固后3#板。加载初始条件下裂缝宽度最大值为0.16mm，满载后最大值为0.17mm。经上述分析，无论是哪一种工况，或是加载初始阶段、满载阶段，裂缝宽度均在规定要求以内。由此说明，桥梁采用预应力碳纤维布加固后，桥梁的大部分裂缝已经闭合，大大提升了其刚度。因此，在整个加载环节，可以看到在两种不同工况下，裂缝宽度有轻微变化，但是卸载后，裂缝又很快恢复到了加载前的宽度，表明桥梁处于弹性变形状态。

4.2 动载试验评估

动载试验时，采用一辆载重480kN加载车按照“由西向东”的方向在不同车速下通过孔跨，测试结果显示，第一，车速20km/h的情况下，冲击系数为1.05;第二车速40km/h的情况下，冲击系数为1.09，相比规范要求1.34，两种不同车速条件下所得冲击系数均可满足要求[3]。

此外，为检测桥梁随机振动响应信号情况，又对空心板梁作了脉动试验，通过测试可得9.90Hz为结构的自振频率，相比理论值7.47Hz，实测值相对较大，可满足规定要求。

通过上述分析可见，在动荷载作用下，加固后的空心板桥梁所测结果均可满足规定要求，表明桥梁处于安全工作状态。

5 结语

综上所述，随着社会经济的迅速发展，我国公路建设规模持续扩大，道路等级不断提升。桥梁作为公路建设的重点工程，随着使用年限的不断增加，很多桥梁病害愈加严重，甚至出现了结构性问题。为了有效提升结构的承载能力，保障行车安全，必须做好桥梁加固施工。预应力碳纤维布的应用，可以有效加固桥梁结构，全面提升桥梁工程的整体质量。

參考文献

[1]王媛媛.现役混凝土板梁预应力碳纤维板加固效果研究[J].建筑技术，2018，49（5）：521-524.

[2]周杰峰.预应力碳纤维加固技术在某大桥中的应用[J].特种结构，2019，36（2）：57-60.

[3]郭炳坤.增韧剂的种类与用量对桥梁加固用结构胶拉伸性能的影响[J].山西交通科技，2019（4）：75-77.

收稿日期：2020-09-07

作者简介：王磊（1984—），男，河南焦作人，本科，工程师，研究方向：公路城市桥梁设计。