1、浅谈预应力碳纤维板加固 T 梁关键设计与施工摘 要：在役的许多旧桥由于设计标准、施工水平较低等因素的影响，已不能满足交通量迅猛增长的要求，因此迫切需要对这类旧桥进行加固维修，其中单箱多室的宽箱梁桥横向受力情况复杂，横桥向的变形和应力分布的翼缘板处和中心线处的差异大，单一而普通的加固对该类桥梁效果不明显，因此需要采用预应力碳纤维板加固 T 梁的方法对该类桥梁进行加固，这样不仅能够提高桥梁刚度和承载力，还能够起到阻止裂缝发生及进一步发展的作用。 关键词：预应力；碳纤维板；加固 T 梁；设计与施工技术 一、工程概况 洋河桥始建于 1992 年 1 月 20 日，竣工于 1994 年 10 月 20
2、日，桥梁全长 456.91m，上部结构为 18m25 m 预应力混凝土简支 T 形梁，下部结构为双柱式桥墩、轻型桥台。沥青混凝土桥面铺装，板式橡胶支座。在十六年的运营过程中，洋河桥已经出现不同程度的病害。在 2011 年 9 月的定期检查和特殊检查中，发现 T 梁马蹄缘开裂、下挠变形、横隔板混凝土破损、局部钢筋绣胀以及铺装层开裂和车辙等病害。2012 年 7 月，检测单位又对该桥进行了专项检查，其中 T 梁预应力管道专项检查表明，大部分钢束的张拉力小于设计值的 10%-20%。检查结果表明，部分病害发展迅速，结构力学性能进一步恶化，严重影响桥梁结构的运行安全。 二、关键设计技术 （一）预应力碳
3、纤维板锚具 柳州欧维姆机械股份有限公司生产的专用成品夹片式锚具，采用摩阻锚固原理设计，通过夹片式锚具将碳纤维板锚固在简支梁两端、梁底和侧面，一端为固定端，一端为张拉端，侧面及底面固定端或张拉端错开布置。通过依次张拉锚固底面、侧面粘贴碳纤维板对 T 梁施以预加力，达到主梁承载力加固和提高构件刚度的目的。 （二）持久状况承载能力极限状态 依据对既有桥梁缺损状况、材质状况与状态参数评定，及实际运营荷载状况调查，确定如下各分项检算系数：结构检算系数取 1.0，耐久性恶化系数取 0.12，截面折减系数取 0.98，钢筋截面折减系数取 1，活载影响修正系数取 1.2.采用 Midas Civil 软件对单
4、跨 25m 全桥简支 T 梁建立梁格杆系模型，考虑原张拉力损失，原预加力取设计值 0.8 倍，主要荷载作用为自重、二期恒载、预加力、活载、竖向梯度温度效应、支座不均匀沉降等。持久状况承载能力极限状态考虑荷载效应为自重、预加力、活载、竖向梯度温度、支座不均匀沉降，按规范进行不利的荷载效应组合。 （三）锚固端局部应力验算 考虑到预应力碳纤维板张拉施工时，锚固端通过化学螺栓传递张拉力至主梁，应力分布较集中，需验算该工况下锚固端局部应力分布大小。采用 MidasFea 软件良好的细部建模功能，建立了锚固端细部有限元模型，并考虑钢筋骨架对混凝土的约束作用，以强制位移方式输入截面的位移边界条件，张拉荷载以
5、近似均布荷载方式加载在化学螺栓所在位置的混凝土孔壁处采用四节点四面体单元对锚固端细部节段进行离散模拟，线单元离散模拟钢筋骨架，整个模型共计 50287 个实体单元，22146 个钢筋单元，65536 个节点。锚固端孔壁附近主应力分布较集中，主拉应力最大值为 0.923MPa，小于抗拉强度设计值 1.83MPa，主压应力最大值为8.5MPa，小于抗压强度设计值 22.4MPa。满足规范要求。 三、关键施工技术 （一）工艺流程 1、主要施工要点 （1）定位、放样。测量固顶端和张拉端锚栓孔中心之间的距离后，准确标注需钻锚栓孔的位置。并放样碳纤维板中心线、上下边缘线，锚具切槽边缘线、锚栓孔中心线、压条
6、中心线位置。 （2）切槽、凿槽。用手提切割机按放样位置切割安放碳纤维板锚具槽。并用电锤将放样区域进行凿平，确保槽深度满足设计要求为 25m。 （3）钻化学锚栓孔。钻 M24 化学锚栓孔、M10 压紧条化学锚栓孔。 （4）锚栓孔清孔。先将喷嘴伸入成孔底部并吹入洁净无油的压缩空气，向外拉出喷嘴，反复三次；将硬毛刷插入孔中，往返旋转清刷三次；再将喷嘴伸入钻孔底部吹气，向外拉出喷嘴，反复三次。 （5）基面清理、打磨。用角磨机打磨清理需粘贴碳纤维板部位的基面，并用压缩空气将表面浮尘吹净，对于表面严重凹凸不平处，涂抹找平胶。另外，基面并用钢丝刷刷毛糙化处理。 （6）种植化学锚栓。种植前用工业酒精擦拭孔壁、
7、孔底，再进行种植。置入锚管，将化学锚栓单向旋转插入，直至达到设计深度，并保证植入锚栓与孔壁间的间隙基本均匀，确保锚栓的位置和垂直度。 （7）预应力碳纤维板战长。预应力碳纤维板在工厂下料定制完成，碳纤维板和夹具挤压成型为整体。为便于运输，预应力碳纤维板卷成一捆包装，运至现场安装前展长。 （8）预应力碳纤维板试装，支座垫板调平。将成品预应力碳纤维板布置设计位置，与固定端、张拉端锚具分别连接。同时，连接张拉端工具拉杆、工具挡板等，并安装标定千斤顶，连接油管、油泵和油表。通过千斤顶较小的顶力将预应力碳纤维板拉直，分别对张拉端、固顶端支座板调平，保证张拉端支座板、固定端支座板、预应力碳纤维板在一条直线且
8、同一平面上，通过松、紧螺栓进行支座垫板调平。 （9）支座垫板灌浆固定。带支座垫板调平就位后，卸下千斤顶、张拉机具及预应力碳纤维板，对支座垫板进行封边、灌浆固定 （10）锚固及防护。拆掉千斤顶、工具挡板等张拉部件。对锚具端涂刷一层环氧粘结剂，利用环氧砂浆完全封闭防护。对碳纤维板表面涂抹 5mm 厚碳纤维板粘结胶，用于保护碳纤维板和隔离紫外线。另外，为防止防护粘结剂在露天环境下老化，重新涂抹两遍环氧水泥防护，保证在桥梁剩余使用寿命期间内预应力碳纤维板加固耐久性。 预应力碳纤维板加固工艺通过对碳纤维板张拉，发挥了加固材料高强、高弹的材料特性，主动参与主结构的一阶段受力，避免了加固材料应力滞后的影响，有效提高了原 T 梁结构的开裂弯矩和承载能力。 参考文献： 1肖毅，余世刚，将成建，王月，聂趟鸿，卓静.双粗糙平面夹持和锚固碳纤维板的试验研究J.华北水利水电学院学报，2013（01）. 2蒋方河，曲直.预应力碳纤维板在湖北旧桥加固中的应用研究J.公路交通科技（应用技术版）.2014（12）.
