预应力碳纤维板加固混凝土T梁桥的设计与运用初探

【摘 要】 文章主要分析了预应力碳纤维板加固技术在混凝土T梁桥加固中的运用，并以某混凝土T梁桥为例，介绍了具体的加固方案，分析了加固效果，希望能够引起人们对这一问题的进一步关注，能够对混凝土T梁桥加固的实际工作提供借鉴和参考。

【关键词】 混凝土T梁桥 预应力 碳纤维板 加固

在桥梁工程建设中，混凝土T梁桥不仅施工方便，还具有承载能力强、技术成熟、工艺可靠等优势与特点，因而在桥梁工程建设中得到了广泛的运用。但随着桥梁使用时间的增加、周围环境的破坏、车辆超载等因素的影响，混凝土T梁桥往往会不同程度的出现质量问题，必须对此进行加固处理。在加固处理中，有碳纤维布、碳纤维板等方法。碳纤维布强度高，密度小，厚度薄，施工便捷，无需大型机具设备，没有湿作业，无需动火，无需现场固定设施，施工占用场地少，施工工效高，适用于各种结构类型，各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，特别适合于曲面及节点等复杂形式的结构加固。

1 项目概况和方案选择

1.1 项目概况

某段高速公路连续预应力混凝土T梁，其结构形式为18×30m先简支后连续T形梁。交付使用时，经检测发现：除个别预制T梁完好无损外，大部分预制T梁均存在裂缝的问题，并且随着时间的推移，裂缝有日渐严重的趋势，其条数日益增多，宽度不断增大，长度也在增加，影响桥梁的正常使用，必须采取相应的措施对桥梁进行加固。

1.2 方案选择

对于桥梁出现的问题，其相应的处理方案有四种，分别是：（1）更换病害梁；（2）裂缝灌浆封闭：（3）无黏接环氧钢绞线体外束；（4）预应力碳纤维板。综合分析四者的安全性、耐久性以及施工条件，选择第四种加固方案，详情如下：1）沿桥方向于T梁马蹄处张拉一层4mm厚、50mm宽、1600Mpa以上抗拉强度、1.5×104Mpa以上弹性模量、320kN最大承载力的碳纤维板；2）锚具（张拉端锚具和固定端锚具）由OVM优质材料加工而成，所用Q345钢板厚度为15mm。锚固螺栓和张拉螺杆分别是M24高强螺栓及8.8级钢制M24螺杆；3）施工结束后，需要对碳纤维板外表面进行涂料的涂抹处理，以增强防护效果。[2]

2 加固效果

计算过程中，除了要考虑预应力碳纤维板对裂缝存在梁段的加固效果之外，还应考虑对其他主梁的相关影响。以单元类别作为划分依据，可将全桥划分为三大部分，分别是主梁单元、支撑横梁单元以及横隔梁单元。全桥共计910个单元，1—440为主梁单元。计算模型如图2所示。[3]

2.1 主梁应力计算结果

主梁应力计算结果，分见表1—表3。

从表中给出的计算结果可知，通过预应力碳纤维板加固技术处理后的受损梁段，一方面获得了应力储备的提高，另一方面也改善了横桥向其他主梁的受力状况，作用效果和加固梁的距离大小成反比关系。[4]

2.2 使用过程中内力的计算

预应力碳纤维板加固处理过程中，需要求得受弯构件开裂弯矩的大小，一般计算方法为：先求出取消弯矩，再求出同样配筋且非预应力受弯状态下构件的开裂弯矩，最后将前面所提到的两部分弯矩按照计算公式合并，即可求得。[5]计算公式如下：

Mcr=M0+γmftkW0

=1018+1.25×2.6×（0.117×1012/847）/106

=1467（kN·m）

公式中：M0—消压弯矩；γm—截面抵抗矩塑性系数；矩形截面—1.55；其他截面—1.25～2.0之间；ftk—混凝土的抗拉强度值；W0—换算截面下边缘的截面抵抗矩。

消压弯矩的计算公式为：

M0=δpcI0/y0=δpc/W0

=7.37×0.117×1012/847≈1018（kN·m）

δpc=δpc1Acf/A0+δpc1Acfecfy0/I0+δco

=779.2×50×4×2/530000+779.2×50×4×2×（847-100）×847/0.117×1012+5.1=7.37MPa

δpc1=δcon-δl

=（1-16%）δcon=0.84×924=779.2Mpa

公式中：δpc—混凝土截面压应力；I0—主梁截面换算混凝土惯性矩；A0—主梁截面换算截面面积；ecf—预应力碳纤维板的偏心矩；δcon—碳纤维板的张拉控制应力（0.5775δcfu=0.5775×1600 =924Mpa）；δl—预应力施加阶段损失，其组成见表4，计算过程中取δl=16%δcon；δco—加固前预应力钢绞线产生的混凝土初始应力。

和原结构的开裂弯矩进行比较，可得出结构经过预应力碳纤维板加固处理后，其开裂弯矩大约提高了27%。[6]

3 结语

随着经济水平的不断提高，我国高速公路建设也在快速发展。在此过程中，装配式预应力混凝土T梁获得了广泛的应用，同时也暴露了一些问题。受设计、施工以及运营等诸多方面的影响，主梁开裂的质量问题屡见不鲜。

参考文献：

[1]赵井卫，涂金平，周泳涛.预应力碳纤维加固混凝土T梁桥的设计与应用[J].公路，2013，（01）.

[2]吕令红.预应力混凝土T型梁桥主要病害及维修加固技术[J].华东公路，2010，（02）.

[3]万军.碳纤维加固部分预应力梁抗弯疲劳损伤非线性分析方法[J].工程抗震与加固改造，2012，（05）.

[4]白飞云.碳纤维板加固钢筋混凝土梁的实验研究[J].工程与建设，2012，（06）.