預應力碳纖維布加固混凝土空心板梁橋應用技術研究

易安

摘 要：作為一種新型結構加固技術，預應力碳纖維布屬于主動加固，可增強碳纖維布的高強性能，在加固效果方面較為顯著。本文以混凝土空心板梁橋為研究對象，結合具體案例，制定了加固方案，并分析了預應力碳纖維布加固施工工藝，最后通過荷載試驗評估，可得出預應力碳纖維布在橋梁加固施工中應用效果良好。

關鍵詞：預應力碳纖維布;工程概況;加固方案

1 工程概況

某橋梁工程為裝配式預應力鋼筋混凝土空心板橋，橋梁分左右兩幅，單幅橫橋空心板共設12片，采用C40混凝土。具體情況如表1所示。

經實地勘察可知，由于通車運營多年，橋梁底部已出現了大量縱橫向裂縫，縱向裂縫縫長0.5～7 m，橫向裂縫多達100多條，縫寬0.08～0.35 mm。隨滲水部分裂縫出現泛白情況，橋臺臺帽和橋墩等處局部混凝土損壞嚴重，已對橋梁安全性和耐久性造成了很大影響。圖1為橋梁空心板梁裂縫圖。

2 加固方案

基于上述分析，本橋梁裂縫較多，且局部空心板鉸縫嚴重脫落，說明存在單板受力現象，承載力不足。因此，在加固處理時，在封閉表面裂縫的基礎上，還要增加其承載力儲備。一方面采取主動加固方案，有效提升橋梁承載力;另一方面可選擇橫向增加聯系措施，進一步增強空心板整體受力能力。

2.1 加固空心板板底

根據施工情況，可采用預應力碳纖維布加固補強空心板梁底部位置，0.25～1.0 mm為張拉預拱度范圍，通過該方面，可有效提升橋梁裂承載能力，提高橋梁安全性。

同時，在橫向每跨1/4 L、1/2 L、3/4 L處分別設置鋼板，尺寸為150×3.0 mm。通過橫向增加聯系措施，可改善橋梁單板受力狀況。

2.2 空心板梁裂縫泛白處理

采用灌膠處理空心板裂縫，待封閉裂縫表面后，可通過均勻涂抹聚合砂漿的方法進行裂縫泛白處理。

2.3 鉸縫處理

針對上部一般構件的鉸縫問題，可采用聚合物砂漿進行板底鉸縫損壞處理。

3 預應力碳纖維布加固施工工藝

3.1 基面處理

施工前，需清理干凈粘貼面混凝土上的雜物，如浮粒等，脫落、風化層等不穩定部位同樣要清理干凈。凸出部位則磨平處理，打磨轉角部位，形成圓角，均勻涂抹找平膠。

3.2 定位放線

需提前測定混凝土梁內鋼筋所在部位，采用鋼筋探測儀測定，也可采用去除混凝土保護層的方法，從而為錨具安裝位置確定提供方便。

定位放線中，需在張拉端預留一定施工間距，長度不得小于60 cm。待安裝錨具之后，應明確標注出鉆孔準確位置。

3.3 錨具及張拉設備安裝

通過錨栓進行錨具定位，保證位置和中心線偏差不得超過2°。待安裝錨栓進孔洞之后，應采用結構膠沿孔洞周邊或邊緣將孔洞、錨具間的表面空隙封閉，封閉膠的固化時間在30 min以上。

安裝張拉端之后，需詳細觀察邊緣和基面之間的粘結程度，若仍存在空隙，及時采用結構膠進行封閉，結構膠固化時間在30min以上。結構膠可通過預留注射管向張拉端錨具圓柱和孔壁間的縫隙注射，待封閉縫隙后，可截斷注射管。

3.4 預應力碳纖維布張拉

第一，碳纖維布的下料長度由兩端中心孔洞間距確定，拉拔試驗應在施加預應力后進行。第二，在結構膠混合前，必須做好溫度和含水率測量工作。第三，修正磨平基面后，將一薄層底膠涂抹在其表面，保證與碳纖維布充分粘結。第四，張拉施工前，先卷起碳纖維布，在需涂抹環氧樹脂膠的一面采用丙酮清潔劑進行清理，在此環節不能用力過大，避免損壞碳纖維布。第五，選用專用結構膠均勻涂抹在碳纖維布上，在張拉端和固定端需預留一定錨固長度，無需涂抹。第六，在張拉設備上安裝碳纖維布，并在固定端固定，正式張拉施工前，需進行預張拉，待確定張拉效果滿足設計要求后，即可進行正式張拉。

3.5 錨固張拉端

張拉施工結束后，在碳纖維布表面通過滾筒均勻涂抹浸漬樹脂膠，隨后將張拉端錨固螺栓擰緊，并卸下千斤頂，若螺桿過長需及時切除，每隔2 m沿碳纖維布方向安裝一道壓片進行固定。

3.6 養護施工

養護時，可參考先張法確定加固養護時間。隨后做好表面防護處理，如將防銹漆均勻涂抹到兩端錨具，并加設套盒，防止外力直接損壞錨具。同時，將防火、防水涂料均勻涂抹到碳纖維布表面，做好防護處理。

4 加固后荷載試驗評估及分析

混凝土空心板梁橋采用預應力碳纖維加固后，為驗證加固效果，可在加固后進行荷載試驗評估。主要檢測橋梁關鍵部位混凝土的撓度、應力和裂縫情況，最后對加固后橋梁的受力性能進行綜合評價與分析。

4.1 靜載試驗

（1）試驗加載方案。采用分級加載法進行靜載試驗，試驗共采用2種工況，其中工況一為偏心加載，工況二為對稱加載。2種工況均設四級加載，一級加載時兩排加載車后軸間距均為8.0 m，二級加載時兩排加載車后軸間距均為6.0 m，三級加載時兩排加載車后軸間距均為5.0 m，四級加載時兩排加載車后軸間距均為4.5 m。

該試驗主要檢驗結構承載力情況，因此，采用基本荷載加載即可。通過計算，可獲取不同工況下設計荷載等級的等效荷載，各加載工況試驗效率如下：

工況一：1號板跨中控制斷面，試驗加載值為296.71 KN·m，城-A級計算值為287.62 KN·m，試驗效率為1.03。

工況二：6號板跨中控制斷面，試驗加載值為237.37 KN·m，城-A級計算值為242.20 KN·m，試驗效率為0.98。

由此可見，靜載試驗效率滿足規范（0.95～1.05）要求。

（2）試驗結果分析。在四級加載作用下，可測得兩種不同工況條件下空心板梁撓度值和應力值，具體如表2所示。

由于該橋梁裂縫病害嚴重，在試驗加載時，選用第1#板控制截面上2條橫向裂縫與第3#板控制截面上2條橫向裂縫進行裂縫情況分析。觀測試驗荷載作用下裂縫寬度實際變化。檢測情況如下：

工況一：1#板，裂縫1初始值為0.18 mm，滿載值為0.22 mm，卸載值為0.19 mm，變化值為0.04 mm，殘余值為0.01 mm;裂縫2初始值為0.08 mm，滿載值為0.11 mm，卸載值為0.08 mm，變化值為0.03 mm，殘余值為0.00 mm。

3#板，裂縫1初始值為0.12 mm，滿載值為0.14 mm，卸載值為0.13 mm，變化值為0.02 mm，殘余值為0.01 mm;裂縫2初始值為0.16 mm，滿載值為0.19 mm，卸載值為0.16 mm，變化值為0.03 mm，殘余值為0.00 mm。

工況二：1#板，裂縫1初始值為0.19 mm，滿載值為0.21 mm，卸載值為0.19 mm，變化值為0.02 mm，殘余值為0.00 mm;裂縫2初始值為0.08 mm，滿載值為0.10 mm，卸載值為0.09 mm，變化值為0.02 mm，殘余值為0.00 mm。

3#板，裂縫1初始值為0.12 mm，滿載值為0.15 mm，卸載值為0.12 mm，變化值為0.03 mm，殘余值為0.00 mm;裂縫2初始值為0.16 mm，滿載值為0.18 mm，卸載值為0.17 mm，變化值為0.02 mm，殘余值為0.01 mm。

經上述分析，均可達到規范規定。混凝土空心板梁橋加固采用預應力碳纖維布之后，橋梁裂縫基本上完全閉合，大幅提升了橋梁剛度。在整個加載過程中，兩種不同工況條件下，裂縫存在輕微變寬現象，待卸載之后，裂縫寬度基本恢復至加載前狀態，由此表明，橋梁體彈性變形性能良好。

4.2 動載試驗

在不同車速（20 km/h、40 km/h）條件下，按照加載工況示意圖位置，選擇一輛450 KN標準荷載車輛由東向西從橋梁通過，以此進行此跨動態撓度值、活載沖擊系數的準確測定。經試驗可得20 km/h車速條件下沖擊系數為1.05，40 km/h車速條件下沖擊系數為1.09，相比規范值1.34，均在規范值以內。此外，通過脈動試驗，可獲取隨機振動響應信號，經檢測可得9.90 Hz為結構的自振頻率，相比理論計算值7.47 Hz，在理論計算值以上，可達到規范規定。

由此可知，空心板梁橋經預應力碳纖維布加固后，在動載荷作用下，所測數據均滿足規范規定，說明橋梁健康安全狀態良好。

5 結束語

綜上所述，近年來，我國經濟迅速增長，路橋建設已步入一個全新的階段。各類橋梁建設規模不斷刷新世界紀錄，路橋事業取得了令人矚目的成績，是見證中國速度的一抹重彩。據相關數據統計，我國現有路橋工程超過30%使用年限已達到30年，有安全隱患的三、四類橋梁所占比例高達40%，危橋數量超過幾十萬座。若全部拆除重建是不切合實際的。因此，解決此類問題關鍵在于加固與維修改造。常見橋梁加固方法包括體外預應力法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維片材加固法等。本文以混凝土空心板梁橋為研究對象，提出了一種預應力碳纖維布加固工藝，將其用于橋梁加固，可以改善混凝土的應力狀態，提升橋梁承載力，滿足補強加固的效果。

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