预应力碳纤维板桥梁加固技术发展与应用

韩超伟

摘 要：桥梁经长时间服役，其使用性能及承载能力发生退化，大量旧空心板桥出现铺装开裂、铰缝渗水等病害，空心板之间铰缝失效严重，出现单板受力导致梁板承载力大幅降低，危及桥梁安全。采用预应力碳纤维板加固技术可快速有效地对受损空心板梁进行加固修复，提升桥梁承载能力。鉴于此，文章对预应力碳纤维板桥梁加固技术的发展与应用进行了研究，以供参考。

关键词：预应力碳纤维板;桥梁加固;应用研究

引言

近年来桥梁病害问题日益暴露在公众视野中。大量旧空心板桥出现铺装开裂、铰缝渗水等病害，导致梁板结构变成单板受力，单板受力承载力大幅降低，危及桥梁安全，成为公路运营的隐患。在实际工程中，对受损构件常采取拆除重建，但很多的桥梁构件（尤其是中小跨径的梁桥）损伤的程度并不严重，如被拆除废弃，无疑造成资源浪费。因此，对受损桥梁进行加固修复，是经济可行且安全的必要手段。

1 预应力碳纤维板桥梁加固技术的优势分析

传统的加固方法存在施工困难、工期较长、抗腐蚀性差、耐久性差等缺点。使用预应力碳纤维板材加固桥梁技术是近年来在国内外快速发展的加固技术之一，对碳纤维板材施加预应力，可以充分利用碳纤维板材的高强性能，同时还可以改善碳纤维板材与混凝土接触处的界面黏结应力分布，进而延缓碳纤维剥离破坏。由于碳纤维板材抗拉强度高、耐腐蚀性强、设计方便、施工简单高效等优点，使得预应力碳纤维板材加固钢筋混凝土构件的研究近年来在国内外深受重视。

2 桥梁加固技术的发展

加固方法大多基于改善空心板桥的横向整体性及提高承载力，包括体外横向预应力加固、横向粘贴钢板加固、Π 形钢板加固法、去梁增肋加固法、纵向粘贴加固法等方法。传统加固方法存在施工困难、工期较长、抗腐蚀性差、耐久性差等缺点，相比较而言，外贴加劲材料的加固技术具备不需要大型施工设备和中断交通等优势，其中预应力碳纤维板材加固桥梁技术脱颖而出。既可提高桥梁结构承载力，又可显著减小结构变形，提高结构刚度，充分利用材料性能，节省材料及工程造价。

3 预应力碳纤维板在旧桥加固的应用流程

3.1 基底处理

为增强预应力碳纤维板与旧桥结构的黏结性能，确保维修加固效果，加固前先进行基底处理。如果裂缝宽度大于 2mm，则利用环氧树脂进行灌封处理。修复并打磨旧桥破损和突出部分，完工后及时清洗，确保旧桥表面干净整洁，为预应力碳纤维板加固奠定基础。

3.2 锚具安装

植筋并安装锚具、张拉机具和碳纤维板，植筋深度应满足设计要求。植筋胶达到设计强度后安装锚具装置、张拉机具和碳纤维板，确保碳纤维板、锚具和张拉机具对中，并在碳纤维板与混凝土结合处涂一层环氧结构胶，便于碳纤维板和混凝土形成一个整体。碳纤维板锚固端固定，使用扭力扳手按照设计要求根据每根螺栓的扭力大小拧紧螺栓

3.3 底层涂料

遵循技术规范要求调配涂料，保证涂料质量，然后科学确定主剂与固化剂的配合比。做好搅拌工作，让底层涂料搅拌均匀，保证质量合格。底层涂料配制完成后立即涂刷，避免涂料固化。常用滚涂方式均匀涂刷底层涂料，固化后对涂料表面进行打磨处理，让涂料表面保持顺滑，方便后续预应力碳纤维板加固施工。

3.4 预应力碳纤维板安装及张拉

碳纤维板张拉采用应力应变双重控制同步千斤顶张拉碳纤维板，通过油压表控制张拉应力，另外通过仪器观测粘贴在碳纤维板表面的电阻应变片的变化控制其张拉应力。在加固设计中综合考虑了张拉可能存在小偏心等因素导致碳纤维板材强度没有完全发挥的情况，取张拉控制应力为 1000MPa，为实测碳纤维板极限抗拉强度的 45%。碳纤维板采用分级加载，每级加载力为张拉控制应力的 10%。当应力与应变测量结果不一致时，以应力测量结果为准，但测得的应变不应超过初始应变的 15%。在碳纤维板表面粘贴光纤光栅传感器，以便后期对碳纤维板的长期徐变进行试验观测。

3.5 表面养护

预应力碳纤维板粘贴后应该重视养护工作，防止质量缺陷发生，实现对工程质量的严格控制。养护一般在施工完成后 24h 进行，也就是纤维板表面硬结固化时，应该开展养护施工，养护时间一般不少于 14d。还要适当采取遮挡和封闭措施，避免风吹、雨淋、人为扰动等因素干扰，让预应力碳纤维板有效发挥作用，提高旧桥加固质量。此外，在长期荷载作用下，碳纤维板材的徐变会引起预应力损失，对加固的长期效果产生一定的影响，所以桥梁加固完以后，有必要对其预应力损失进行长期观测并做到及时养护。

3.6 缺陷預防

预防质量缺陷发生，有效保障加固施工效果，提升预应力碳纤维板加固施工质量，是施工中不可忽视的内容。例如，加固前应该对旧桥的损坏部件进行修复，将混凝土表面的疏松、剥落、腐蚀等问题及时修复，露出原结构层，方便预应力碳纤维板粘贴施工。用树脂砂浆填补旧桥损坏部分，将结构物表面进行认真修补。底漆涂刷时应该确保均匀，并且不得留下遗漏部分，为加固施工奠定基础。加固桥梁结构的梁、板、柱正截面时，应该确保预应力碳纤维板与构件轴方向垂直，适当采取锚固措施，防止出现松动。正式施工前还要检测预应力碳纤维板原材料质量，不合格的材料一律不得使用。并注重每个施工环节质量控制，确保每道加固工序质量合格，为提高预应力碳纤维板加固施工效果奠定基础。

4结语

综上所述，预应力碳纤维板加固技术在混凝空心板梁加固修复中具有良好的应用效果。能够有效提高空心板梁桥的承载性能。经验证，加固后受损混凝空心板梁承载力回复甚至比原先承载力略有提升。与传统的结构加固方法相比，预应力碳纤维板加固技术具有施工工期短，施工快速、对交通影响小、耐久性好等优点，具有良好的推广应用价值。

参考文献

[1] 肖骁 . 预应力碳纤维板加固既有桥梁的应用研究[D]. 吉林大学，2016.

[2] 杜红静，赵瑞 . 在役空心板桥加固方法综述[J]. 城市建设 理论研究（电子版），2014（23）：3968.

[3] 尚守平，张宝静，吕新飞 . 预应力碳纤维板加固梁桥新技 术的应用[J]. 施工技术，2016，45（4）：95-99，132.