易安

摘 要：作為一種新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，預(yù)應(yīng)力碳纖維布屬于主動(dòng)加固，可增強(qiáng)碳纖維布的高強(qiáng)性能，在加固效果方面較為顯著。本文以混凝土空心板梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，結(jié)合具體案例，制定了加固方案，并分析了預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固施工工藝，最后通過(guò)荷載試驗(yàn)評(píng)估，可得出預(yù)應(yīng)力碳纖維布在橋梁加固施工中應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(shè)12片，采用C40混凝土。具體情況如表1所示。

經(jīng)實(shí)地勘察可知，由于通車(chē)運(yùn)營(yíng)多年，橋梁底部已出現(xiàn)了大量縱橫向裂縫，縱向裂縫縫長(zhǎng)0.5～7 m，橫向裂縫多達(dá)100多條，縫寬0.08～0.35 mm。隨滲水部分裂縫出現(xiàn)泛白情況，橋臺(tái)臺(tái)帽和橋墩等處局部混凝土損壞嚴(yán)重，已對(duì)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(yán)重脫落，說(shuō)明存在單板受力現(xiàn)象，承載力不足。因此，在加固處理時(shí)，在封閉表面裂縫的基礎(chǔ)上，還要增加其承載力儲(chǔ)備。一方面采取主動(dòng)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(lián)系措施，進(jìn)一步增強(qiáng)空心板整體受力能力。

2.1 加固空心板板底

根據(jù)施工情況，可采用預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)空心板梁底部位置，0.25～1.0 mm為張拉預(yù)拱度范圍，通過(guò)該方面，可有效提升橋梁裂承載能力，提高橋梁安全性。

同時(shí)，在橫向每跨1/4 L、1/2 L、3/4 L處分別設(shè)置鋼板，尺寸為150×3.0 mm。通過(guò)橫向增加聯(lián)系措施，可改善橋梁?jiǎn)伟迨芰顩r。

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(guò)均勻涂抹聚合砂漿的方法進(jìn)行裂縫泛白處理。

2.3 鉸縫處理

針對(duì)上部一般構(gòu)件的鉸縫問(wèn)題，可采用聚合物砂漿進(jìn)行板底鉸縫損壞處理。

3 預(yù)應(yīng)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(fēng)化層等不穩(wěn)定部位同樣要清理干凈。凸出部位則磨平處理，打磨轉(zhuǎn)角部位，形成圓角，均勻涂抹找平膠。

3.2 定位放線

需提前測(cè)定混凝土梁內(nèi)鋼筋所在部位，采用鋼筋探測(cè)儀測(cè)定，也可采用去除混凝土保護(hù)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(yù)留一定施工間距，長(zhǎng)度不得小于60 cm。待安裝錨具之后，應(yīng)明確標(biāo)注出鉆孔準(zhǔn)確位置。

3.3 錨具及張拉設(shè)備安裝

通過(guò)錨栓進(jìn)行錨具定位，保證位置和中心線偏差不得超過(guò)2°。待安裝錨栓進(jìn)孔洞之后，應(yīng)采用結(jié)構(gòu)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(shí)間在30 min以上。

安裝張拉端之后，需詳細(xì)觀察邊緣和基面之間的粘結(jié)程度，若仍存在空隙，及時(shí)采用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行封閉，結(jié)構(gòu)膠固化時(shí)間在30min以上。結(jié)構(gòu)膠可通過(guò)預(yù)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?cái)嘧⑸涔堋?/p>

3.4 預(yù)應(yīng)力碳纖維布張拉

第一，碳纖維布的下料長(zhǎng)度由兩端中心孔洞間距確定，拉拔試驗(yàn)應(yīng)在施加預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行。第二，在結(jié)構(gòu)膠混合前，必須做好溫度和含水率測(cè)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(jié)。第四，張拉施工前，先卷起碳纖維布，在需涂抹環(huán)氧樹(shù)脂膠的一面采用丙酮清潔劑進(jìn)行清理，在此環(huán)節(jié)不能用力過(guò)大，避免損壞碳纖維布。第五，選用專(zhuān)用結(jié)構(gòu)膠均勻涂抹在碳纖維布上，在張拉端和固定端需預(yù)留一定錨固長(zhǎng)度，無(wú)需涂抹。第六，在張拉設(shè)備上安裝碳纖維布，并在固定端固定，正式張拉施工前，需進(jìn)行預(yù)張拉，待確定張拉效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，即可進(jìn)行正式張拉。

3.5 錨固張拉端

張拉施工結(jié)束后，在碳纖維布表面通過(guò)滾筒均勻涂抹浸漬樹(shù)脂膠，隨后將張拉端錨固螺栓擰緊，并卸下千斤頂，若螺桿過(guò)長(zhǎng)需及時(shí)切除，每隔2 m沿碳纖維布方向安裝一道壓片進(jìn)行固定。

3.6 養(yǎng)護(hù)施工

養(yǎng)護(hù)時(shí)，可參考先張法確定加固養(yǎng)護(hù)時(shí)間。隨后做好表面防護(hù)處理，如將防銹漆均勻涂抹到兩端錨具，并加設(shè)套盒，防止外力直接損壞錨具。同時(shí)，將防火、防水涂料均勻涂抹到碳纖維布表面，做好防護(hù)處理。

4 加固后荷載試驗(yàn)評(píng)估及分析

混凝土空心板梁橋采用預(yù)應(yīng)力碳纖維加固后，為驗(yàn)證加固效果，可在加固后進(jìn)行荷載試驗(yàn)評(píng)估。主要檢測(cè)橋梁關(guān)鍵部位混凝土的撓度、應(yīng)力和裂縫情況，最后對(duì)加固后橋梁的受力性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與分析。

4.1 靜載試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)加載方案。采用分級(jí)加載法進(jìn)行靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)共采用2種工況，其中工況一為偏心加載，工況二為對(duì)稱(chēng)加載。2種工況均設(shè)四級(jí)加載，一級(jí)加載時(shí)兩排加載車(chē)后軸間距均為8.0 m，二級(jí)加載時(shí)兩排加載車(chē)后軸間距均為6.0 m，三級(jí)加載時(shí)兩排加載車(chē)后軸間距均為5.0 m，四級(jí)加載時(shí)兩排加載車(chē)后軸間距均為4.5 m。

該試驗(yàn)主要檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)承載力情況，因此，采用基本荷載加載即可。通過(guò)計(jì)算，可獲取不同工況下設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的等效荷載，各加載工況試驗(yàn)效率如下：

工況一：1號(hào)板跨中控制斷面，試驗(yàn)加載值為296.71 KN·m，城-A級(jí)計(jì)算值為287.62 KN·m，試驗(yàn)效率為1.03。

工況二：6號(hào)板跨中控制斷面，試驗(yàn)加載值為237.37 KN·m，城-A級(jí)計(jì)算值為242.20 KN·m，試驗(yàn)效率為0.98。

由此可見(jiàn)，靜載試驗(yàn)效率滿(mǎn)足規(guī)范（0.95～1.05）要求。

（2）試驗(yàn)結(jié)果分析。在四級(jí)加載作用下，可測(cè)得兩種不同工況條件下空心板梁撓度值和應(yīng)力值，具體如表2所示。

由于該橋梁裂縫病害嚴(yán)重，在試驗(yàn)加載時(shí)，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(jìn)行裂縫情況分析。觀測(cè)試驗(yàn)荷載作用下裂縫寬度實(shí)際變化。檢測(cè)情況如下：

工況一：1#板，裂縫1初始值為0.18 mm，滿(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(jīng)上述分析，均可達(dá)到規(guī)范規(guī)定?；炷量招陌辶簶蚣庸滩捎妙A(yù)應(yīng)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(gè)加載過(guò)程中，兩種不同工況條件下，裂縫存在輕微變寬現(xiàn)象，待卸載之后，裂縫寬度基本恢復(fù)至加載前狀態(tài)，由此表明，橋梁體彈性變形性能良好。

4.2 動(dòng)載試驗(yàn)

在不同車(chē)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(biāo)準(zhǔn)荷載車(chē)輛由東向西從橋梁通過(guò)，以此進(jìn)行此跨動(dòng)態(tài)撓度值、活載沖擊系數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定。經(jīng)試驗(yàn)可得20 km/h車(chē)速條件下沖擊系數(shù)為1.05，40 km/h車(chē)速條件下沖擊系數(shù)為1.09，相比規(guī)范值1.34，均在規(guī)范值以?xún)?nèi)。此外，通過(guò)脈動(dòng)試驗(yàn)，可獲取隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)檢測(cè)可得9.90 Hz為結(jié)構(gòu)的自振頻率，相比理論計(jì)算值7.47 Hz，在理論計(jì)算值以上，可達(dá)到規(guī)范規(guī)定。

由此可知，空心板梁橋經(jīng)預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固后，在動(dòng)載荷作用下，所測(cè)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定，說(shuō)明橋梁健康安全狀態(tài)良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，路橋建設(shè)已步入一個(gè)全新的階段。各類(lèi)橋梁建設(shè)規(guī)模不斷刷新世界紀(jì)錄，路橋事業(yè)取得了令人矚目的成績(jī)，是見(jiàn)證中國(guó)速度的一抹重彩。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有路橋工程超過(guò)30%使用年限已達(dá)到30年，有安全隱患的三、四類(lèi)橋梁所占比例高達(dá)40%，危橋數(shù)量超過(guò)幾十萬(wàn)座。若全部拆除重建是不切合實(shí)際的。因此，解決此類(lèi)問(wèn)題關(guān)鍵在于加固與維修改造。常見(jiàn)橋梁加固方法包括體外預(yù)應(yīng)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?yàn)檠芯繉?duì)象，提出了一種預(yù)應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)，提升橋梁承載力，滿(mǎn)足補(bǔ)強(qiáng)加固的效果。

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