梁、板式桥预应力碳纤维板带加固技术应用及推广

胡明华

重庆市彭水苗族土家族自治县公路局

梁、板式桥预应力碳纤维板带加固技术应用及推广

胡明华

重庆市彭水苗族土家族自治县公路局

本文对预应力碳纤维板带加固技术作了概述，结合工程实例，分析了其施工效益，重点对施工材料与方案选取、支座及锚栓安装、荷载试验对比等内容进行了介绍，通过加强预应力碳纤维板带加固技术的应用，可提高工程施工效率，保证施工质量。

梁；板式桥；预应力；碳纤维板带；加固

1 引言

预应力碳纤维板带加固技术具有施工便捷、工效高、适用面广等特点，并且其会不影响建筑物的正常使用，增加桥梁寿命，因此加强其技术在梁、板式桥中的应用与推广，对于保证施工质量，提升施工水平具有重要作用。

2 预应力碳纤维板带加固技术概述

2.1 材料性能

预应力碳纤维板带加固技术所采用的材料主要是碳纤维板材，与其它加固材料相比，主要有如下特点：（1）高抗拉强度进口碳纤维板材可达到3000MPa左右；（2）材质轻，密度为钢材的1/5；（3）抗腐蚀能力强，不产生电化学腐蚀，且在氯离子、碳酸和烧碱等作用下，强度降低较少；（4）耐疲劳性能好，施加的预应力可显著改善受弯构件的截面应力分布，降低钢筋应力，减小构件变形，提高构件的疲劳寿命。

2.2 技术特性

预应力碳纤维板带加固技术与传统的桥梁加固技术相比，主要有如下技术优势：（1）加固效果好；由于传统的加固方法属于被动受力加固，而预应力碳纤维板带加固技术是变被动受力为主动受力加固，碳纤维板材材质较轻，因此减少了加固材料的应力滞后，较充分地利用了加固材料强度。（2）便于施工；由于碳纤维板带材质较轻，张拉机具和锚固装置精巧，所以不需要大型机具，只需少许人操作即可完成。（3）耐久性好；碳纤维板材耐腐蚀性较好，可长期使用。（4）综合造价低，施工工期短，并可节省资金投入，后期维护工作量小。

3 工程施工效益

在省道S304线石嘴大桥加固维修工程中，采用粘贴钢板加固技术，虽提高了桥梁的整体承载能力，但在施工完成后的运营中发现有少量新的裂缝产生，为后期维护带来不便。而在省道S304线偏石庙桥加固工程中，在封闭裂缝后，采用体外预应力碳纤维板带加固技术，阻止了裂缝的进一步发展，增大了桥梁的整体承载能力，并且在运营中没有发现新的裂缝产生。经过受力分析比较，钢预应力碳纤维板带加固板粘贴加固后的钢板受力是在梁板变形产生后才参与受力，属于被动受力，而预应力碳纤维板带加固后的受力是在梁板变形前参与受力，在受力过程中主要由碳纤维板带承担外力，同时采用预应力碳纤维板带加固技术，相当于对底板提前施加应力，对减小裂缝宽度起到非常重要的作用。为此，笔者认为粘贴钢板加固技术已落后，在预制、现浇混凝土非预应力板梁、T梁维修加固中，采用碳纤维板带加固技术值得推广。其具体施工工序为如下几方面：

4 梁、板式桥预应力碳纤维板带加固技术应用

4.1 施工材料、方案选取

由于碳纤维材料弹性模量与钢筋相近，但强度却是钢筋的10倍，且其材料发挥强度时的变形较大，因此针对本项目桥梁加固方案为：空心板底部采用纵向表层粘贴50mm宽×1.4mm厚预应力碳纤维板带进行补强，一般要求长度为15.32m，厚度为1.4mm，宽度为100mm，抗拉强度需大于2400Mpa，伸长率为≥1.7%，而张拉预拱度应控制在2±0.5mm，空心板底部应采用高强聚合物砂浆修补。

4.2 张拉锚固体系检验

本项目预应力碳纤维板带两端锚头需采用楔形夹片式，两端锚头与预应力碳纤维板带需横向交叉，平面平行，以有效避免碳板本身的横向扭曲，同时在施工过程中，应保证所刻锚板凹槽深宽度、钻孔植筋、反力架位置的准确性，以提高工作效率。其次张拉所用的千斤顶和仪表应在施工前进行校验，并根据线形回归方程做好张拉强度计算，同时张拉过程应分四级张拉，及时做好伸长量的测量，并时刻监测千斤顶有无漏油和油表数值。

4.3 表面处理

对加固桥梁试件上的位置和混凝土结构应先进行检查，对于有破损和裂缝的地方，需使用复合砂浆来进行修补封闭处理，然后再用打磨机对需粘结碳纤维板带的位置进行打磨和平整，直到清除掉粘接部位表面的灰尘、油污等杂物即可完工。

4.4 安装支座及锚栓

首先需保证在孔内干净的情况下，将化学锚栓植入孔内直至接触孔底，并且静置时间内不可对锚栓触碰和施加荷载。其次用锚栓定位支座的位置方向安装锚栓，并沿周边或边缘用结构胶封闭孔洞及支座之间的表面空隙，固化时间必须大于30min。

4.5 张拉施工

首先需涂抹碳纤维板胶粘剂，待螺孔中环氧砂浆凝固后，使用酒精将混凝土和碳纤维板带相接之面清理干净，然后用专用胶粘剂将其粘贴面涂满。其次在锚具固定位置与张拉机具上安装好碳纤维板带之后，需在碳纤维板粘贴适量应变片，之后在粘接应急片的同时，需在千斤顶前部安装力感器，以控制因张拉出现的荷载，并将碳纤维板张拉成需要的程度，同时待施工完成后，需把张拉机上的碳纤维板用专用切割机切断，以使预应力可释放到锚具中，随即也就完成了预应力碳纤维板带的加固过程。

4.6 荷载试验对比

为检验预应力碳纤维板带加固技术的效果，应对该桥加固后与加固前进行近似同条件的荷载试验研究，以通过基本相同的荷载效应下的结构反应对比，以分析桥梁力学性能的变化和改善，同时荷载试验应选取跨中截面作为挠度测试截面，加固前后的试验数据需进行对比与分析，并要进行施工质量检验

5 总结

总之，运用预应力碳纤维板带加固技术后，梁、板式桥梁总体抗弯承载能力得到明显增强，经过加固后，跨中截面承载能力提高了17.7%-19.6%，达到了预期加固的目的。因此在施工过程中，相关人员可大力推广该技术的应用，完善施工工序，从而促进桥梁建设事业的进一步发展。

[1] 陈旭.预应力碳纤维板技术在桥梁加固中的应用[J].湖南交通科技,2007(1).

[2] 付春青,付建红,芮朝瑞.预应力碳纤维板加固技术在旧桥加固中的应用[J].山西建筑,2016(3).

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.077