程宇鵬

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

目前，隨著時間的推移，我國的許多橋梁均已產(chǎn)生了不同程度的老化，甚至有些橋梁逐漸接近或超過設(shè)計的使用年限。而且隨著使用荷載和設(shè)計標準的不斷提高，有許多過去的橋梁已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)行荷載的要求，需要對現(xiàn)有橋梁通過加固來提高其荷載等級及安全系數(shù)。現(xiàn)在對橋梁的加固方法有多種，如體外預(yù)應(yīng)力、粘貼鋼板、粘貼碳纖維復(fù)合材料或增大截面等方法[1-2]。粘貼碳纖維是一種施工比較簡單，而且加固效果較好的加固方法，而且碳纖維材料具有良好的耐腐蝕性、耐熱性、耐久性。本文是針對某市現(xiàn)有的現(xiàn)澆連續(xù)梁橋，對其用碳纖維加固前后分別進行了荷載試驗檢測，研究加固后對該橋各項控制指標的影響。

1 工程概況

本項目為某市城區(qū)為緩解交通壓力而修建的高架橋。本文針對該橋第二聯(lián)進行分析，其上部結(jié)構(gòu)為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組成為（40+56+40）m，橋面總寬為23.5 m，其橋面布置為：0.5 m防撞護欄+11.0 m機動車道+0.5 m中央分隔帶+11.0 m機動車道+0.5 m防撞護欄。橋面鋪裝采用8 cm厚鋼筋混凝土墊層+10 cm厚瀝青混凝土面層。橋墩采用帶橫梁雙立柱橋墩，基礎(chǔ)均為承臺配樁基，橋臺采用樁接蓋梁形式。設(shè)計荷載為城-A級，抗震設(shè)防烈度為8度。由于施工等原因造成該橋的承載能力存在不足，補強方案采用粘貼碳纖維的方法。

圖1 主梁斷面圖（單位：cm）

2 有限元模型的建立

根據(jù)主橋活載效應(yīng)包絡(luò)圖及橋梁實際情況確定橋梁的試驗控制斷面。本次試驗選擇了1個正應(yīng)變測試斷面，具體的試驗斷面布置見圖2。靜載試驗計算采用平面桿件有限元法，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)型式，采用橋梁計算通用程序Midas Civil對橋梁進行結(jié)構(gòu)分析及加載計算，計算模型見圖3。橋梁計算采用的材料參數(shù)均根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范確定[3-5]。

圖2 試驗主要控制斷面布置圖（單位：cm）

圖3 有限元計算模型

3 計算分析

靜載試驗采用模擬等代荷載進行加載設(shè)計計算和加載，加固前后試驗荷載采用同一標準，試驗共選用8輛雙后軸車輛作為靜載試驗加載車輛。試驗控制采用逐級加載方式，根據(jù)加載位置的不同，所有的程序采用3級加載的方式進行。各測試斷面內(nèi)力影響線及加載位置見圖4，經(jīng)模擬計算，試驗最終選取加載程序及試驗荷載效率見表1，試驗荷載所產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)基本上能夠滿足對橋梁力學(xué)性能檢驗和分析的要求。

表1 荷載試驗荷載效率及相應(yīng)測試項目表

圖4 1號斷面彎矩影響線

圖5 第五跨截面最大正彎矩加載圖（偏載）（單位：cm）

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 碳纖維加固對主梁應(yīng)變影響分析

對主梁進行加固前后，檢測所得應(yīng)變值與理論計算的應(yīng)變值比較見表2、表3。

表2 加固前主要控制斷面混凝土正應(yīng)變校驗系數(shù)表

表3 加固后主要控制斷面混凝土正應(yīng)變校驗系數(shù)表

圖6 加固前后主要控制斷面應(yīng)變對比圖

由表2、表3可以看出，加固前正應(yīng)變的校驗系數(shù)主要集中在1.04～1.11范圍內(nèi)；加固后正應(yīng)變的校驗系數(shù)主要集中在0.80～0.88范圍內(nèi)，表明試驗跨主梁經(jīng)過碳纖維加固后混凝土應(yīng)變值明顯減小20%左右。

4.2 碳纖維加固對主梁撓度影響分析

對主梁進行加固前后，檢測所得撓度值與理論計算的撓度值比較見表4、表5。

表4 加固前主要控制斷面撓度校驗系數(shù)表

表5 加固后主要控制斷面撓度校驗系數(shù)表

圖7 加固前后主要控制斷面撓度對比圖

由表4、表5可以看出，加固前撓度的校驗系數(shù)主要集中在0.89～0.93范圍內(nèi)；加固后正應(yīng)變的校驗系數(shù)主要集中在0.83～0.89范圍內(nèi)，表明試驗跨主梁經(jīng)過碳纖維加固后撓度值減小5%左右。

5 分析與結(jié)論

通過對該橋進行計算分析，并且用碳纖維對該橋進行加固，對其加固前后兩次荷載試驗的結(jié)果進行對比可得出如下結(jié)論：

a）加固后荷載試驗檢測控制斷面的混凝土應(yīng)變值可減小20%左右。

b）加固后荷載試驗檢測控制斷面的撓度值可減小5%左右。

綜上，采用碳纖維加固技術(shù)對橋梁進行加固，可有效提高橋梁的抗彎強度，并對抑制橋梁裂縫的開展有明顯的作用。對橋梁的抗彎剛度也有一定提高，且該方法施工簡單，工藝成熟，因此亦是一種有效可行的橋梁加固方法。