预应力碳纤维板技术在桥梁加固中的应用浅析

【摘要】笔者在对预应力碳纤维板技术进行理论与实验研究的基础上，结合具体的工程实例对预应力碳纤维板技术于桥梁中的加固工艺进行详细的介绍，提出在施工过程中应该注意的事项，并得出预应力碳纤维技术加固之后桥梁承载能力显著提高、桥梁结构内力分布得到改善的相关结论。本文着重探讨预应力碳纤维板技术在桥梁加固中的应用，为该技术的进一步发展与应用积累宝贵经验。

【关键词】预应力碳纤维板；桥梁加固；应用

中图分类号：TU757 文献标识码： A 文章编号：

1.前言

随着我国经济实力的增强及人民生活水平的提升，城市化与交通网络化的进程不断加快，大量的公路、铁路、桥梁等城市交通处于日新月异的发展之中。而在愈来愈多桥梁得到建设的同时，桥梁的维修、养护以及加固的工作也日益繁重，材料的自然老化、环境的侵蚀、超限车辆的运行以及荷载的提升对桥梁的安全运营带来前所未有的挑战。因此，为了科学合理地节约国家交通建设资源以及挖掘桥梁的承载能力，在桥梁加固的工程中有效地利用新型技术对于延长桥梁使用寿命、满足现代化交通运输的需求而言具有十分重要的意义。预应力碳纤维板技术是对传统粘贴碳纤维加固技术的重大改进，它能使碳纤维在承担结构传递荷载应力之前处于较高的应力水平，预先就支配了一定程度上的强度，进而实现高强性能的充分发挥，为桥梁的建设与加固工程带来福音。

2.施工工艺

2.1横向预应力钢棒加固

将已经加工好的钢支撑构件运送到施工现场，并在各个安装部位搭建相应的操作平台，随后按照设计方案的准确位置进行钻孔，在遇到受力钢筋的情况下可以在保证两片T型梁孔眼处于同一直线的前提下再适当地对钻孔的位置进行调整。此外起吊钢支撑的构件应临时固定在所规定的位置上，并安装横向预应力钢棒，另钢棒有效地穿过支撑构件的内孔，并在钢棒的两端安装张拉螺母以及锚垫板并加以拧紧。同时要严格检查预应力钢棒的安装状态以及钢支撑整体构件的稳定性，并安装相应的钢绞线张拉连接器与千斤顶张拉撑脚，其后再将千斤顶与张拉油泵相互连接并仔细检查相关油压设备与油泵油管的密封性能。最后开启油泵并按照规定的张拉力进行有效张拉及其记录工作，必要时应对张拉棒的两端做相应的防腐处理，即向张拉棒的保护钢管内部注入中性的防腐油脂。

2.2纵向预应力碳纤维带加固

2.2.1准备工作

①将梁构件的地面钢构件进行有效定位，并根据设计方案准确地确定预应力加固时固定端钢构件以及张拉端的位置，并将所需长度的预应力碳纤维带运至工地；②针对钢构件放置位置梁底的混凝土保护层进行凿除工作直至受力钢筋显露出来，其中被凿除的混凝土表面应予平复处理，进而确定固定端钢构件与张拉端螺杆钻孔的位置所在；③螺杆钻孔应在不破坏原结构钢筋的基础上进行，并保证其位置处于结构内部的钢筋之间，钻孔的深度约为175mm左右，孔洞的直径约为24mm左右，并种植直径大约20m的高强度螺杆，其胶体的固化应控制在规定时间范围以内。

2.2.2固定端钢构件与张拉端钢构件的安装

固定端钢构件与张拉端钢构件的安装应根据固定端所种植螺杆的位置进行钢板的钻孔工作，并尽量使张拉端刚构件与固定端钢构件的中心线维持在同一直线之上。此外，还应通过葫芦等提升工具来临时地固定、安装以及提升固定端钢构件与张拉端钢构件，并按照相关的规定扭矩拧紧高强螺栓。

2.2.3预应力碳纤维带的安装

①将待加固梁底的表面进行相关处理，保持干燥及除去浮灰等，并用蘸丙酮的脱脂棉对碳板的表面加以清洗以保持清洁；②仔细检查碳纤维带锚具和固定端、张拉端钢构件的连接情况是否足够稳定以及安装导向的弧形板，并严格核对导向弧形板与碳纤维带的匹配状况，在检查合格之后拆除预应力碳纤维带与导向弧形板，等待正式施工；③混合搅匀环氧胶，将搅拌均匀的胶黏剂涂抹在碳板以及待加固的梁底面上，为了保持一定的张拉伸长，碳板距离锚固段5cm处以及距离张拉端30cm处不能涂胶，并注意碳板不可存在损伤问题；④保证钢构件与锚具的稳定连接，并安装预应力碳纤维带与导向弧形板，并对张拉端、张拉螺杆以及张拉碳纤维带进行相应的调节。

2.2.4预应力碳纤维带的张拉

预应力碳纤维带的张拉应安装张拉千斤顶及其基板，并确保千斤顶位于两个螺杆的中心处，注意千斤顶应与加固构件的中心线相互平行，预应力张拉前还应听从实际工作中张拉专业工程师的建议，不可过于靠近锚固、碳纤维带以及张拉端，随后应启动油泵并使千斤顶顶紧座板与基板。预应力张拉过程中应首先对碳纤维带施加8kN至10kN的初荷载进行碳纤维带的拉直工作，并在期间详细检查各个部位的定位是否准确适宜。此外，为了测量碳纤维带的张拉伸长量，应将此时张拉基板的位置固定为初始位置并做相应的标记。当每一级张拉结束之后都应用扳手拧紧张拉端座板前的螺母，并详细测量其张拉的伸长量以及做好记录，张拉的实际伸长量与计算值的偏差最大不应超过10%，当超过规定范围时应立即停止张拉并仔细查找原因。在预应力碳纤维带张拉结束之后应用扳手拧紧座板前的螺帽。

3.相关注意事项

3.1横向预应力钢棒施工

横向预应力钢棒施工过程中的注意事项有：①横向预应力钢筋的外套管应选用厚度约为2mm、内径约为32mm的无缝钢管，并在套管内部填充中性油脂以形成无粘结后张的预应力构件；②横向预应力钢筋应选用直径为25mm冷拉四级精轧螺纹钢，并符合GB1499钢筋混凝土用热轧带肋钢筋的相关规定，抗拉强度至少大于850MPa，并在使用之前做冷拉试验，冷拉率需小于3%并且冷拉控制应在750MPa之上，冷拉经过时效处理之后方能使用；③横向预应力钢筋的张拉力应保持在200kN左右，张拉的相关顺序为：首先张拉与跨中距离最近的两段，再对中继续张拉其他的段，并在张拉的过程之中仔细地观察梁体的动静，当其出现裂缝或者发出响声时应立刻停止张拉，并相应地调整张拉力及分析原因。

3.2纵向预应力碳纤维带施工

纵向预应力碳纤维带施工过程中的注意事项有：①梁底的基面应保持无油脂、无浮尘以及无其他污染物的清洁状态，并且梁底的基面不能有其他尖锐或者凸起的物体存在；②碳纤维带粘结胶搅拌均匀之后应保证在活性时间范围之内有效使用；③固定端钢构件与张拉端钢构件的中心线应处于和加固梁体相互平行的状态下；④碳纤维带在安装完成之后与导向弧形板之间的接触应保持平滑状态，避免尖角的形成；⑤由于碳纤维带是导电材料，因此需与电源避免接触；⑥碳纤维带的张拉应在无列车通行时逐级进行，并在每级完成之后进行伸长量的准确测量工作。

4.结语

国内外大量的研究工作以及笔者所进行的相关研究实验表明，预应力碳纤维板加固桥梁技术具有传统碳纤维加固技术与体外预应力都无法比拟的优势所在，并在提升桥梁结构的承载力、抗弯刚度、抑制裂缝、改善结构内力分布以及减小结构变形等方面都发挥了不可或缺的作用。因此，应开展深入的研究分析，对预应力碳纤维板加固技术的长期性能以及抗疲劳性能进行相应的探索工作，从而有效地提升桥梁的运营能力以及进一步地推进我国公路建设的发展。

【参考文献】

[1]罗杰,何贤锋.预应力碳纤维板技术加固桥梁结构的工程应用与评估[J].中国铁道科学,2007,(1):18-20

[2]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):16

[3]张宝静.预应力碳纤维板加固受弯构件长期性能研究[J].中外公路,2012,(2):39

[4]彭晖,李学俊.预应力碳纤维板加固桥梁技术的工程应用及试验研究[J].建设机械技术与管理,2011,(2):23-24