鐵路T梁預應力碳纖維板加固研究

毛宇飛

（蘭州交通大學土木學院，甘肅 蘭州 730070）

關鍵字：預應力碳纖維板 鐵路T梁 承載能力

0 引言

近些年，由于列車荷載的不斷提高，橋梁使用年限過長等影響，致使大量鐵路T梁出現問題，給鐵路運輸及交通帶來了安全隱患。

預應力碳纖維板加固是一種主動加固技術，其常用于橋梁等受彎構件。通過對預應力碳纖維板進行張拉，來提高受彎構件的承載能力，同時可以減小撓度變形并減少封閉構件的裂縫。由于我國還沒有制定具體的鐵路加固規范，本文主要參考了公路加固的相關規范，對現有30t軸重的重載鐵路進行預應力碳纖維板加固效果研究。

1 預應力碳纖維板加固機理

預應力碳纖維板加固屬于后張預應力體系，通過錨固裝置在梁體體外設置經過張拉而產生預應力的高強碳纖維板。施加此預應力將產生反向的彎矩及撓度，可以抵消部分由于自重以及靜載作用下產生的撓度，從而改善梁體受力狀態，達到提高梁體承載能力、減小豎向撓度、改善梁體抗裂和增加耐久性的目的。

2 預應力碳纖維板加固施工方法

施工預應力碳纖維板可采取先中跨后邊跨的施工原則。其施工方法主要分為以下幾個步驟：鉆孔、植筋→碳纖維板現場下料、兩端涂覆快速粘結膠并放入錨具，擰緊螺栓→安裝已有錨具的碳纖維板→安裝千斤頂、反力塊，進行預應力張拉→進行其余附屬工藝（如碳纖維板粘結、錨固區防護）。

3 預應力碳纖維板加固應用

3.1 加固T梁概況

神朔鐵路某 T梁橋為單線橋。橋梁的結構形式為單跨 32m 預應力混凝土 T梁。橋梁全長32.6m，橋梁寬度為3.9m，由兩片等截面T型梁組成，每片T型梁寬度為1.92m，腹板厚度為0.24m，梁高為2.5m。梁體結構材料采用C50混凝土。該橋梁原設計荷載為中-活載，現運營采用重載鐵路。由于列車優化編組，目前行駛的列車荷載造成了沿線鐵路橋梁運營荷載過大，破損較為嚴重，在梁底出現大量裂縫，故采用預應力碳纖維板對T梁進行加固。

3.2 T梁加固方案

加固采用預應力碳纖維板加固法，針對梁體進行抗彎加固，碳纖維板的張拉、錨固體系布設于梁體底部。該加固施工方法不影響鐵路線的正常運營。碳纖維板截面規格為50×3mm，單片T梁梁底為5條，單根控制張拉力為245kN，碳纖維板設計有效合力為碳纖維板1175kN，設計永存應力為1567MPa。加固方案見圖1及圖2。

圖 1 32mT梁加固1/2立面圖

圖2 32mT梁加固1/2平面圖

3.3 T梁加固計算

3.3.1 荷載的確定

恒載根據規范恒載取值為26kN/m3；二期恒載根據圖紙計算取值為23.5kN/m3；活載原設計采用中-活載，現采用ZH活載，Z取1.2。

3.3.2 正截面承載能力極限狀態驗算

先按第一類 T形截面梁，略去構造鋼筋影響，計算混凝土受壓區高度x=202mm ≤=275mm受壓區全部位于翼緣板內，確實為第一類 T形截面。此時受壓區高度 h0=h -a=2500-256=2244mm。

1、正截面承載力計算

2、計算彎矩

表1 各項荷載在跨中產生的彎矩

原設計正截面承載力滿足要求。

此時承載能力不滿足設計要求，需要進行加固。

3、粘貼預應力碳纖維板后正截面承載能力驗算

參考《公路橋梁加固設計規范》（JTG／T J22-2008）體外預應力加固法。

加固后抗彎承載力

此時，加固后正截面承載力滿足設計要求。

4 結論

本文在神朔鐵路某T梁橋進行預應力碳纖維板加固設計的基礎上，借鑒公路加固方法對其進行承載力檢算，保證加固后結構的安全性及可靠性。通過檢算后可知，預應力碳纖維板加固可有效提高鐵路T梁的承載能力，對于鐵路橋梁加固有一定的借鑒意義。