郭繼祥

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710021）

0 引言

為了優(yōu)化提升橋梁的運行性能，使舊橋滿足當(dāng)前運行要求，需進行加固處理，為保證加固效果，需對加固材料及加固技術(shù)進行研究，滿足社會發(fā)展需求。當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù)主要分為粘貼鋼板及碳纖維片材兩種[1]。但這兩種加固技術(shù)均為被動加固方法，加固效果不理想，尤其是碳纖維布，因厚度較大，對增強橋梁結(jié)構(gòu)剛度及減小裂縫寬度等影響有限。工程實踐結(jié)果表明碳纖維材料的應(yīng)用效果最佳。

1 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)概述

碳纖維片材又稱為CFRP，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在材料強度較高、質(zhì)量較強、耐腐蝕等能力較強，為此被廣泛應(yīng)用于橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)加固工程中。由于碳纖維片材以及鋼筋的彈性模量相同，但抗拉強度更高，造成碳纖維片材料的利用率較低，據(jù)統(tǒng)計約為15%。在正常使用狀態(tài)下，碳纖維片材料不能發(fā)揮出其利用價值，加固性能不明顯。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)是體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)及粘貼碳纖維片材加固技術(shù)發(fā)展和結(jié)合的結(jié)果，使用專用的環(huán)氧膠碳纖維板進行預(yù)應(yīng)力張拉，修復(fù)原有橋梁結(jié)構(gòu)上的裂縫等，將材料布設(shè)于適宜位置，提升橋梁構(gòu)件的強度。與一般非預(yù)應(yīng)力碳纖維片材相較后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)橋梁受力后，碳纖維片材承受大部分應(yīng)力，所以應(yīng)變滯后得以改善，而碳纖維材料的高強度特征也得以發(fā)揮，優(yōu)化橋梁的負荷能力，改善加固梁的使用性能。

2 實例分析

某橋梁橋面寬度為23 m，橋梁的總長度為109 m，跨徑布置為（5×20）m。橋面鋪裝為水泥混凝土，兩側(cè)布設(shè)有鋼筋混凝土護欄。該橋梁的上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土簡支T梁，下部結(jié)構(gòu)為重力式橋臺，可以擴大基礎(chǔ)。橋梁布設(shè)如圖1所示。

2.1 病害情況

依據(jù)檢測單位提供的檢查報告，該橋病害如下：全橋各跨T梁跨中范圍腹板均發(fā)現(xiàn)較多豎向裂縫，T梁兩端腹板均發(fā)現(xiàn)較多斜向裂縫；全橋橫隔板普遍混凝土開裂，鋼板外露、銹蝕；橋面鋪裝局部破損，全橋伸縮縫堵塞，橡膠條破損；個別橋墩蓋梁露筋。

2.2 加固設(shè)計方案

根據(jù)以上主要病害情況，該橋主要加固方案為：在對T梁出現(xiàn)的裂縫用裂縫修補膠對裂縫進行封閉，對露筋、混凝土剝落等表層病害處理后，對第3～5跨T梁腹板底部（靠近底部的側(cè)面）粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板，以提高主梁的抗彎承載力；同時對全橋T梁靠近支座端部區(qū)域粘貼U形鋼板以提高主梁的抗剪承載力，并在橫隔板側(cè)面粘貼鋼板以提高橋梁的橫向聯(lián)系，減少單梁受力[1]。

2.3 加固

2.3.1 基底處理

為了保證橋梁加固效果，提高碳纖維板的利用效率，在施工前需對基底進行處理。在加固前需先修復(fù)橋梁的破損位置，去除碳化、破損部位，修補缺口并處理破損位置的銹蝕鋼筋，保證橋梁結(jié)構(gòu)的完整性。對舊橋中破損嚴重和突出部位進行打磨，保證橋梁結(jié)構(gòu)表面的平整美觀；使用磨光機對橋梁的邊角位置進行打磨，倒角半徑需大于30 mm。間隔一段時間后，橋面完全干燥符合施工要求，則可開始加固處理。

圖1 橋梁布置示意圖（單位：mm）

2.3.2 涂刷底層

需按照設(shè)計要求配制涂料，并充分攪拌，保證涂料的均勻性。因底層涂料易固化，在涂料配制好后需在短時間內(nèi)完成涂料的涂刷作業(yè)。

2.3.3 粘貼碳纖維板

依據(jù)橋梁加固面積確定碳纖維板的使用量。首先需要依據(jù)橋梁加固位置的形狀對碳纖維板進行裁剪。該工程將碳纖維板的長度控制在2 m以下。施工人員用手觸摸施工面底漆的干燥程度，采用適量環(huán)氧樹脂主劑及固化劑依據(jù)設(shè)計的配置比例進行拌和，持續(xù)攪拌2 min，保證材料的均勻性；使用毛刷滾輪在底漆上均勻涂刷環(huán)氧樹脂，而施工面的粗糙度決定涂料的使用量。將碳纖維板粘貼在樹脂涂布面上后，需使用毛刷滾輪或橡皮刮刀順著纖維的方向進行涂平，去除其中的氣泡。在纖維方向上，需為后期施工調(diào)整預(yù)留出10 cm長度的搭接空間，短向無須預(yù)留，碳纖維板粘貼結(jié)束后需要靜置30 min，若在這段時間內(nèi)出現(xiàn)浮出、脫線等問題，則需要使用滾輪或橡皮刮刀進行壓平或修復(fù)，保證最終的施工效果。需注意的是，在粘貼碳纖維板過程中，需保證施工現(xiàn)場整潔、空氣暢通，施工人員需佩戴安全防護設(shè)施。

2.3.4 養(yǎng)護

在碳纖維板粘貼結(jié)束后需立即進行養(yǎng)護，保證施工質(zhì)量。養(yǎng)護工作需持續(xù)7～14 d。為保證養(yǎng)護效果，對可能受到外部環(huán)境影響或是人為可以擾動的部位，需使用封閉或者是遮擋等方法。

3 加固效果分析

3.1 計算結(jié)論

該橋使用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固完后，對其跨中截面增加的抗彎承載力及安全系數(shù)進行計算，計算結(jié)果見表1。從表1可看出，加固后的橋梁安全系數(shù)大于1；加固后截面受壓區(qū)高度經(jīng)過驗算，滿足相關(guān)要求[2]。

表1 計算結(jié)果對比

3.2 預(yù)應(yīng)力觀測分析

在車輛的荷載作用下，碳纖維板材的徐變會造成預(yù)應(yīng)力的損壞，不利于加固處理作用的維持，因此在加固后，非常有必要對其預(yù)應(yīng)力損失進行長期觀測。因此該項目做了如下試驗方案：選取代表性的碳纖維板（T梁跨中底板兩側(cè)碳纖維板、跨中兩側(cè)腹板碳纖維板和1/4截面底板兩側(cè)碳纖維板作為觀測對象，每塊碳纖維板上粘貼一片光纖光柵傳感器，共6組觀測對象,對應(yīng)的編號分別為1～6），由此觀測碳纖維板在長期荷載作用下的徐變，計算出預(yù)應(yīng)力的具體損失。碳纖維板在張拉至控制應(yīng)力釋放后2個月內(nèi)會發(fā)生些許應(yīng)變變化，且應(yīng)變逐漸增加，在1個月后逐漸減小。從表2可看出，1號碳纖維板應(yīng)變最大為21.55，在前2個月，應(yīng)變量達到20.45，后1個月增長速度非常慢，不到1，可見這時碳纖維板徐變已經(jīng)趨于穩(wěn)定，初始應(yīng)變的預(yù)應(yīng)力損失為0.37%。這里預(yù)應(yīng)力損失包括碳纖維板徐變及錨具滑移。根據(jù)以上測量，錨具未出現(xiàn)較大的松動或滑移。錨具的使用可以有效避免碳纖維板因為錨具滑移引發(fā)的預(yù)應(yīng)力損失。由此可見，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)的應(yīng)用不是基于常溫固化有機膠將碳纖維板直接黏結(jié)于需加固的構(gòu)件上，而是通過錨具將碳纖維板錨固在需加固的構(gòu)件上，這樣就可以避免因為有機膠老化引發(fā)的耐久性欠缺問題。

4 結(jié)語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力碳纖維板橋梁加固新技術(shù)操作簡單、工期較短，經(jīng)濟效益明顯，加固效果好，其在舊橋加固上的成功應(yīng)用說明該種加固方法很值得在國內(nèi)同類工程項目上推廣應(yīng)用。橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是近年來我國工程界越來越重視的問題。室內(nèi)按照“高溫固化”工藝生產(chǎn)的碳纖維板耐高溫性能較好，一般軟化溫度高達110℃以上。

[1]尚守平，吳建任，張毛心，等.預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力損失試驗[J].公路交通科技，2012，29（1）：70-74，133.

[2]張俊，趙澤俊，鄧朗妮，等.預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土梁抗彎承載力設(shè)計計算方法[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報，2011，31（1）：73-76.