时间：2023-03-19 20:17:30
关键词：预应力；碳纤维板；锚具试验
由于碳纤维材料拥有耐腐蚀性比较好、强度比较高、施工比较方便、工作效率高以及自身重量小等特点，在建筑施工结构中已经逐渐得到十分广泛的应用。随着时间的不断推移，桥梁及建筑工程结构逐渐老化，使其需要加固。目前，传统的加固技术如体外索结构复杂，自重会增加结构负荷，防腐要求高。预应力碳纤维板加固技术发展的十分迅速，并且由于拥有很多优点在对工程加固过程中得到实际应用。但是由于纤维板强度高、抗剪抗压强度低以及表面比较光滑，且材料较脆。所以碳纤维板锚具要求较高，锚固技术比较困难。因此，本文研究了预应力碳纤维板锚具试验。
1.实验方案
在混凝土加固过程中使用预应力碳纤维板的时候，对锚具的要求比较特别，一般境况下，如果选用普通的粘结方式，对于碳纤维板来说不能满足实际的工程需要，因此，需要采用一定机械措施以及摩擦力来对锚固效果进行加强。
为了很好的达到实际需要效果，我们对碳纤维板进行钢板夹锚具的设计，把碳纤维板放在夹具之中，在被加固构件上采取高强螺栓对锚具进行固定，通过施加一定的预应力，来提高锚具的摩擦作用，通过实验的方式来进行验证。碳纤维锚具示意图如下：
图一 锚具示意图
2.实验材料
根据实际的工程需要对碳纤维板进行选取，选择碳纤维板一般都是选用进口丝拉挤成型的碳纤维板，厚度一般为2、3mm，宽度一般为50、100mm两种规格，抗拉强度为2400MPa，弹性模量一般为165GPa。用来进行锚固的锚具，采用40Cr材质。锚具与混凝土的连接，采用化学锚栓。而碳板中段的压块，选用钢材Q235就行，上下锚板厚度为16mm和10mm。，使用8.8级高强螺栓。采用专门配置出来的改性环氧树脂胶黏剂；选择40吨的液压千斤顶。
3.实验过程
依据每次试验的实验现象以及实验方案，对影响碳纤维板锚具的因素进行不断探索，从而设计出一定的参数。
实验流程：第一，等距离在碳纤维中间贴上五个应变片；第二，依据上表的实际情况对碳纤维布垫层两端进行加固；第三，把反力架上的张拉臂打开，并且把下锚板固定在张拉臂左右两侧的刚翼上；第四，千斤顶安装在销钉与碳纤维板之间。掌握好距离；第五，根据上表参数对碳纤维板进行固定，固定在两锚板之间，有两种制作工艺，包括加压粘结、无粘结，进行加压粘结时候，需要把碳纤维利用胶黏剂粘合在锚板上，并且固化三到四天。第六，施加刚压条，并且对螺栓施加预应力，使得锚板间产生一定压力，从而把碳纤维板加紧，可以选择扭矩扳手来施加预应力；第七，把应变片安装到数据线上，也就是构件完成安装就可以进行实验；
4.实验结果分析
我们选出碳纤维平板锚具的7种不相同的锚固措施进行试验并研究，实验结果如下，其中的极限平均应力是由5个经过试验应变片的极限应力的平均值乘以碳纤维板弹性模量计算而来：
（1）试件一是仅对螺栓施加预应力，没有碳纤维布垫层和粘结措施，所以测得的应力无规则变化，不均匀，中间应力比上下两端应力小的多，说明中间部分的碳纤维板锚固效果比较差；
（2）试件二是碳纤维板滑出导致的破坏形态，增大螺栓的预压力，这样稍微提高了碳纤维板的极限应力；
（3）试件三增加了很大的螺栓预压力，碳纤维板的极限平均应力提高幅度非常大，这说明了螺栓预压力很大程度上提高了锚具的锚固效果，作用非常的明显；
（4）试件四不仅加厚了纤维布垫层，而且在锚板上加一个钢压条，大大提高了极限应力，同时测得的应变很均匀，这说明了钢压条可以改善应力不均匀；
（5）试件五调整纤维板上面上三层的宽度，结果测得应变更加的均匀，同时也稍微提升了极限应力，得到更理想的破坏形势，这说明了碳纤维布垫层的宽度对锚具锚固效果产生了稳固的效果。
（6）试件六实际上是垫层与碳纤维板以及锚板之间进行涂刷粘结，从而使极限应力幅度提高比较大，在60kN的压力情况下，出现的滑动不是很大。
（7）试件七其实是在试件六的基础之上，把螺栓的预应力增加到80kN，使得极限平均值达到1540MPa，而且碳纤维板没有出现滑动现象，从而可以满足锚固的实际要求。
5.结束语
综上所述，本文对七种不同碳纤维板锚具及锚固方式进行加固实验，通过分析结果可以得到：在钢板与碳纤维板采用胶黏剂结构的基础之上，对碳纤维板进行高强螺栓试压，可以很好的提高钢板对碳纤维板锚固能力，而且锚具的钢板上拥有一定刚度，因此，可以减少形变，提高锚具效果，从而满足工程实际需求。
参考文献：
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【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
关键词：预应力；碳纤维板；加固T梁；设计与施工技术
一、工程概况
洋河桥始建于1992年1月20日，竣工于1994年10月20日，桥梁全长456.91m，上部结构为18m×25 m预应力混凝土简支T形梁，下部结构为双柱式桥墩、轻型桥台。沥青混凝土桥面铺装，板式橡胶支座。在十六年的运营过程中，洋河桥已经出现不同程度的病害。在2011年9月的定期检查和特殊检查中，发现T梁马蹄缘开裂、下挠变形、横隔板混凝土破损、局部钢筋绣胀以及铺装层开裂和车辙等病害。2012年7月，检测单位又对该桥进行了专项检查，其中T梁预应力管道专项检查表明，大部分钢束的张拉力小于设计值的10%-20%。检查结果表明，部分病害发展迅速，结构力学性能进一步恶化，严重影响桥梁结构的运行安全。
二、关键设计技术
（一）预应力碳纤维板锚具
柳州欧维姆机械股份有限公司生产的专用成品夹片式锚具，采用摩阻锚固原理设计，通过夹片式锚具将碳纤维板锚固在简支梁两端、梁底和侧面，一端为固定端，一端为张拉端，侧面及底面固定端或张拉端错开布置。通过依次张拉锚固底面、侧面粘贴碳纤维板对T梁施以预加力，达到主梁承载力加固和提高构件刚度的目的。
（二）持久状况承载能力极限状态
依据对既有桥梁缺损状况、材质状况与状态参数评定，及实际运营荷载状况调查，确定如下各分项检算系数：结构检算系数取1.0，耐久性恶化系数取0.12，截面折减系数取0.98，钢筋截面折减系数取1，活载影响修正系数取1.2.采用Midas Civil软件对单跨25m全桥简支T梁建立梁格杆系模型，考虑原张拉力损失，原预加力取设计值0.8倍，主要荷载作用为自重、二期恒载、预加力、活载、竖向梯度温度效应、支座不均匀沉降等。持久状况承载能力极限状态考虑荷载效应为自重、预加力、活载、竖向梯度温度、支座不均匀沉降，按规范进行不利的荷载效应组合。
（三）锚固端局部应力验算
考虑到预应力碳纤维板张拉施工时，锚固端通过化学螺栓传递张拉力至主梁，应力分布较集中，需验算该工况下锚固端局部应力分布大小。采用MidasFea软件良好的细部建模功能，建立了锚固端细部有限元模型，并考虑钢筋骨架对混凝土的约束作用，以强制位移方式输入截面的位移边界条件，张拉荷载以近似均布荷载方式加载在化学螺栓所在位置的混凝土孔壁处采用四节点四面体单元对锚固端细部节段进行离散模拟，线单元离散模拟钢筋骨架，整个模型共计50287个实体单元，22146个钢筋单元，65536个节点。锚固端孔壁附近主应力分布较集中，主拉应力最大值为0.923MPa，小于抗拉强度设计值1.83MPa，主压应力最大值为8.5MPa，小于抗压强度设计值22.4MPa。满足规范要求。
三、关键施工技术
（一）工艺流程
1、主要施工要点
（1）定位、放样。测量固顶端和张拉端锚栓孔中心之间的距离后，准确标注需钻锚栓孔的位置。并放样碳纤维板中心线、上下边缘线，锚具切槽边缘线、锚栓孔中心线、压条中心线位置。
（2）切槽、凿槽。用手提切割机按放样位置切割安放碳纤维板锚具槽。并用电锤将放样区域进行凿平，确保槽深度满足设计要求为25m。
（3）钻化学锚栓孔。钻M24化学锚栓孔、M10压紧条化学锚栓孔。
（4）锚栓孔清孔。先将喷嘴伸入成孔底部并吹入洁净无油的压缩空气，向外拉出喷嘴，反复三次；将硬毛刷插入孔中，往返旋转清刷三次；再将喷嘴伸入钻孔底部吹气，向外拉出喷嘴，反复三次。
（5）基面清理、打磨。用角磨机打磨清理需粘贴碳纤维板部位的基面，并用压缩空气将表面浮尘吹净，对于表面严重凹凸不平处，涂抹找平胶。另外，基面并用钢丝刷刷毛糙化处理。
（6）种植化学锚栓。种植前用工业酒精擦拭孔壁、孔底，再进行种植。置入锚管，将化学锚栓单向旋转插入，直至达到设计深度，并保证植入锚栓与孔壁间的间隙基本均匀，确保锚栓的位置和垂直度。
（7）预应力碳纤维板战长。预应力碳纤维板在工厂下料定制完成，碳纤维板和夹具挤压成型为整体。为便于运输，预应力碳纤维板卷成一捆包装，运至现场安装前展长。
（8）预应力碳纤维板试装，支座垫板调平。将成品预应力碳纤维板布置设计位置，与固定端、张拉端锚具分别连接。同时，连接张拉端工具拉杆、工具挡板等，并安装标定千斤顶，连接油管、油泵和油表。通过千斤顶较小的顶力将预应力碳纤维板拉直，分别对张拉端、固顶端支座板调平，保证张拉端支座板、固定端支座板、预应力碳纤维板在一条直线且同一平面上，通过松、紧螺栓进行支座垫板调平。
（9）支座垫板灌浆固定。带支座垫板调平就位后，卸下千斤顶、张拉机具及预应力碳纤维板，对支座垫板进行封边、灌浆固定
（10）锚固及防护。拆掉千斤顶、工具挡板等张拉部件。对锚具端涂刷一层环氧粘结剂，利用环氧砂浆完全封闭防护。对碳纤维板表面涂抹5mm厚碳纤维板粘结胶，用于保护碳纤维板和隔离紫外线。另外，为防止防护粘结剂在露天环境下老化，重新涂抹两遍环氧水泥防护，保证在桥梁剩余使用寿命期间内预应力碳纤维板加固耐久性。
预应力碳纤维板加固工艺通过对碳纤维板张拉，发挥了加固材料高强、高弹的材料特性，主动参与主结构的一阶段受力，避免了加固材料应力滞后的影响，有效提高了原T梁结构的开裂弯矩和承载能力。
参考文献：
[1]肖毅，余世刚，将成建，王月，聂趟鸿，卓静.双粗糙平面夹持和锚固碳纤维板的试验研究[J].华北水利水电学院学报，2013（01）.
关键词：预应力碳纤维板 加固 施工工艺
中图分类号：TU757 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0090-01
在桥梁加固中，目前多采用非预应力碳纤维加固技术，其原理为是在结构受拉区域用环氧树脂胶粘贴碳纤维布或板，使其与混凝同受力，但该项加固工艺对碳纤维材料的利用率极低，以碳纤维板为例：其弹性模量约为170 GPa，抗拉强度约为2800 MPa，若要发挥抗拉强度则需要 1.7%的拉伸应变；而钢筋的弹性模量多为 200 GPa，抗拉强度约为500 MPa左右，钢筋屈服时拉伸应变约0.15%。当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原有的初始应变，钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的 10%，而如果在碳纤维发挥全部强度所需要的 1.7% 的应变下，混凝土结构就已经发生破坏，由此看出，碳纤维材料弹性模量与钢筋相近，但强度是钢筋的5倍，因此碳纤维材料发挥其强度时变形较大，钢筋屈服或混凝土破坏时，碳纤维的强度还没有充分发挥出来，预应力碳纤维加固技术可较好的解决这个问题，大大提高碳纤维材料的利用率。
那么，如何才能实现预应力碳纤维板的强度最大化呢？这就要求我们对碳纤维板进行预应力张拉，从而最大限度的实现强度最大化。由预应力钢筋及钢绞线张拉原理我们不难得出，碳纤维板的张拉同样需要张拉台座及相应的夹具。
1 台座和夹具设计过程中应考虑的因素
1）安全可靠。安全永远是第一位的，只有确保安全可靠才能实现利益最大化，那么就要求我们的台座必须具有足够的稳定性、满足一定的强度及刚度要求，只有这样台座才不会出现滑移及扭曲变形等情况，从而达到安全可靠的要求；而夹具的安全则表现在其应有足够的咬合力，而咬合力的实现必须要求夹具也具备一定的强度、刚度，只有这样才能保证夹具在咬合过程中的牢固性才，从而保证其安全可靠。
2）安装简便。设计的台座及夹具应方便在现场进行安装，安装时对原结 构损伤小，占用空间小，且能在狭小空间进行安装作业，这就要求我们在对台座、夹具的设计过程中应尽量选用优质钢材，且设计过程中应尽量减小截面面积，在保证安全可靠的情况下使得台座、夹具的最小化，从而间接使得安装简便。
3）经济性。经济性考虑要从台座、夹具的最小化以及碳纤维板强度的最大化入手，因为只有保证台座、夹具的最小化才能节约现场安装的简便和材料用量的最小化，间接提高经济性，而碳纤维板强度的最大化则是经济性的最好体现，因为在正常的加固施工过程中碳纤维板的用量相对较大，如果我们把其强度最大化，则变相的减少了碳纤维板的用量，从而节约了材料成本，从而实现经济利益的最大化。
4）应能实现批量生产。由于在加固过程座、夹具多永久放置在桥梁上，且每个项目的用量可能会比较大，而且从长远的观点来看，对于台座及夹具应进行批量生产，减少因单独定做而造成的资金浪费。
5）应做到标准化。由于现有的规范对于预应力碳纤维板的施工技术还没有明确的进行规范，所以作为我们企业来讲，应将其标准化，明确夹具、台座的设计、施工及各项工艺流程和标准，从而保证大家都能够按照标准化的要求进行现场的加固，为以后行业标准或国家标准的出台提供前期的技术、资料支持。
2 预应力碳纤维板要求
由于现有规范没有对预应力碳纤维板做相应的规范要求，故我们采用边试验边摸索的方式，总结成功及失败的经验，不断的积累。通过一系列的试验我们发现普通的碳纤维板在张拉的过程中易于断裂，为此，我们找了厂家前来共同查找原因，到底是我们设计问题，还是材料的质量问题，后来通过厂家的介绍后得知，普通的碳纤维板在制造过程中允许存在一定的接头，也就是说存在一定的断点，而我们在张拉的过程中则可能出现接头处应力不足，导致碳纤维板瞬间出现断裂，查找到此原因后，我们要求厂家在预应力碳纤维板支座过程中要求板材在100 m范围内不允许出现接头，从而保证在张拉过程中不出现意外断裂现象，以保证施工质量。
3 施工工艺
3.1 台座及夹具安装
在对碳纤维板进行张拉之前应确保按图施工，在安装台座和夹具之前，为了保证牢固性需要在桥梁加固部位钻孔，但为了不破坏原有的钢筋结构，在钻孔前我们先按照图纸的要求进行现场放样，同时应查阅原有的竣工图纸，大概了解钢筋的分布情况，然后用钢筋位置测定仪对各种钢筋位置进行现场标定，确保在钻孔过程中不触及到梁体的原有钢筋，从而达到钻孔要求。
3.2 碳纤维板涂胶及张拉
碳纤维板的张拉效果是决定加固效果的成败，因此，应作为重要工序进行相应的技术、组织措施，为此，应先对碳纤维板施加10%的张拉强度，对其进行初张拉，然后卸载后进行满碳纤维板涂胶处理，最后逐级进行张拉，直至达到张拉要求，最后进行超张拉，从而确保强度要求。
3.3 台座及夹具防腐处理
台座及夹具的防腐也是我们的工作重点。因为后期防腐出现问题，势必会影响造成碳纤维板预应力松弛，，为此，我们在张拉完成后应对其进行了防腐处理，以保证其长期有效工作。
从以上三个方面粗略的介绍了预应力碳纤维板在桥梁加固中的应用情况。希望通过以上几个情况的介绍让大家对预应力碳纤维板技术有个大致的了解，也为后期的市场化作铺垫。虽然说现在国内已有不少家都已研发和生产了相应的台座和夹具，但从我内心来讲是能够将该项技术真正的市场化和规范化，从而更好的为我国的桥梁维修加固工作作出应有的贡献。
参考文献
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[2] 王凡.桥梁预应力混凝土施工技术及标准规范实施手册[M].吉林电子出版社，2004.
[3] 彭晖，尚守平，金勇俊，等.预应力碳纤维板加固受弯构架的试验研究[J].工程力学，2008（5）.
【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）.
关键字：二次受力；碳纤维板；极限承载力；加固
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
近年来，考虑二次受力的 FRP 加固混凝土梁正截面承载力的试验研究越来越受到关注。相关研究表明，不同加载历程对钢筋混凝土梁承载力的提高程度有着不可忽视的影响[1-3]。由于实际工程下经常会对梁在不同损伤情况下进行加固[4-6]，针对这种情况，本文通过对不同试验参数、不同预裂程度下的钢筋混凝土梁进行的CFRP板表层嵌贴加固试验，分析不同试验参数、不同预裂程度下对应变、挠度以及正截面抗弯承载力提高程度的影响，为 CFRP 板表层嵌贴加固理论的完善提供试验数据和理论参考。
1 试验概况
1.1 试验试件
本次试验共浇筑了4根梁，其中一根为对比梁，试验梁的具体试件尺寸见图1。
表1 设计试件
注：加固梁预裂程度均为20%。
表2 钢筋材料性能表
表3碳纤维板和结构胶力学性能指标
图1 试验梁的试件尺寸
混凝土采用150×150×150 mm3立方体试块，其28d力学性能指标由RMT-201岩石与混凝土力学试验压力机测得，抗压强度24.3 MPa（C20试验平均值）；CFRP板采用CFC3碳纤维板及TGJ01结构胶。钢筋材料性能见表2，CFRP板性能见表3。
主要测量：荷载～位移曲线、钢筋应变、碳纤维板应变、跨中挠度、混凝土应变、裂缝开展情况。
1.2 试验过程
试验采用200 kN电液伺服压力机，纯弯段长为400 mm，通过采取两点加载，见图2。为保证分配梁上安置标定后的压力传感器正常工作。对比梁按3 kN/级加载，加固梁调整2 kN/级。并在加固试件处于弹性阶段（混凝土开裂）、混凝土压碎至钢筋屈服（钢筋屈服点）和钢筋屈服至梁破坏（极限荷载）处，降低每级荷载荷载值，以记录较为准确受损梁试验数据。随后继续下一级加载。
图2 试验梁测点布置图及加载仪器
2 试验结果及分析
2.1破坏形态分析
根据本次试验的实际观测可知，CFRP加固梁粘结界面失效破坏，可根据发生部分的不同细分为以下三种形式：1、CFRP板～胶层界面破坏。产生这类破坏的原因是由于CFRP板～胶层界面抗剪强度小于胶层～混凝土界面抗剪强度；2、开槽附近混凝土开裂引起的剥离破坏。破坏主要发生在混凝土抗拉强度低的试件中；3、胶层～混凝土界面破坏。这是因为CFRP板嵌贴长度太短而使胶层～混凝土界面抗剪强度不足而发生的破坏。现将各构件破坏特征汇总与表4中，并附上梁主要破坏形态如图3、图4。
图3 剪切破坏图4 弯曲破坏
表4 各试验梁破坏特征汇总表
注：A：剪切破坏；B：弯曲破坏；C：端部混凝土开裂引起的剥离破坏；D：胶层界面破坏。
从表4分析可知，在其他因子均相同的情况下（预裂程度、混凝土强度，配筋率等），CFRP板的嵌贴方式及嵌贴长度的差异对梁的最终破坏形态影响较大。
2.2 钢筋及碳纤维板应变分析
由图9分析可知，总体而言，各试验梁的钢筋屈服荷载均保持在70kN左右，钢筋屈服点约为1490με，说明梁的钢筋屈服荷载仅与钢筋本身性能有关，加固梁L2、L3、L4在钢筋屈服之前，其钢筋应变斜率均远远小于对比梁。由L2碳纤维应变与钢筋应变分析可知，钢筋与碳纤维在加固过程中共同发挥作用。在试件弹性阶段，碳纤维板斜率远大于钢筋应变斜率，说明在加载初期碳纤维即已发挥作用，加载中期直至碳纤维板破坏弹出，两者均共同分担试件荷载。
图9L1、L2、L3、L4受拉钢筋跨中处应变曲线
由图10分析可知，总体而言，L2、L3、L4在加固过程中碳纤维板的应变曲线基本一致，而L3、L4的碳纤维应变曲线斜率发展明显比L2要大，说明在碳纤维相同用量的情况下，开槽方式（2槽2板的碳纤维应变发挥比1槽2板要强）对碳纤维板的强度发挥有较大影响，而嵌贴长度在800mm~ 1000mm之时，对碳纤维板的强度发挥影响较小。
图10L2、L3、L4碳纤维板跨中处应变曲线
由上述分析可知，加固梁的钢筋斜率均大于对比梁，这是因为在加固过程中，碳纤维板与钢筋协调作用承担上部荷载，提高了梁的整体刚度；而开槽方式的不同，布置方式（2槽2板）的碳纤维发挥比1槽2板的要强的多。但本文对碳纤维板的嵌贴长度未作深入研究，但相关文献表明[7]，碳纤维板的应变发挥均有一个最佳的嵌贴长度。
2.3 跨中挠度分析
各试验梁的跨中挠度变化情况见图11，由图11分析可知，在弹性阶段，L1、L2、L3、L4的挠度相差不大，是由于碳纤维板的作用在此阶段发挥不明显。在混凝土开裂后的第二阶段及受拉纵筋屈服后的第三阶段，经碳纤维板加固过得梁L2、L3、L4挠度缓慢增大，而对比梁（L1）的挠度快速加大，而且随着外荷载的继续增大，此现象更为显著。产生此现象的本质是：加固梁的抗弯刚度变大了，碳纤维板的嵌入等同于加大了梁的受拉钢筋的面积，在受力纵筋屈服以后此现象最为明显。且碳纤维板同时起到了抑制裂缝发展的作用。
图11 各试验梁的跨中挠度变化图
2.4 极限承载力分析
表5 各试验梁极限承载力对比表
由表5可知，加固后梁的极限承载力均有所不同程度提高，其增幅为10.2 %～21.6 %，数据离散性较大。通过对L2和L4的数据分析可知（仅CFRP板嵌入方式不同，L2为两根碳纤维板嵌入一个槽，L4为两根碳纤维板分别嵌入两个槽），极限承载力的提高程度，L4要明显优于L2，分开嵌入CFRP板加固的效果更佳；通过对L3和L4的数据分析可知（仅CFRP板的嵌贴长度不同），极限承载力的提高程度随着CFRP板长度的增加而增加，但并不成正比变化。总体而言，用碳纤维板嵌入法加固预裂钢筋混凝土梁对于极限承载力的提高是有效的。
3 结论
各构件梁在用CFRP板嵌入法加固后，刚度均有较大提高，裂缝宽度和挠度值也明显减小。说明CFRP板嵌入法加固开裂钢筋混凝土梁（预裂程度为20%），可有效的抑制裂缝的开展和减小挠度，对实际工程的加固应该是有效可行的。
各加固梁在嵌入CFRP板后，碳纤维板与钢筋协调作用承担上部荷载，提高了梁的整体刚度；而开槽方式的不同，布置方式（2槽2板）的碳纤维发挥比1槽2板的要强的多。
总体而言，用碳纤维板嵌入法加固预裂钢筋混凝土梁对于极限承载力的提高是有效的。就本次试验而言，极限承载力提高最低为10.2 %，最高为21.6 %，但并不成线性变化。
参考文献：
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关键词：碳纤维板材；桥梁加固；力学特性
中图分类号：U445文献标识码： A
1. 前言
随着我国经济实力的不断增强以及人民生活水平的不断提高，现有的交通基础设施已经难以满足巨大的人口基数以及日益繁荣的社会生产经济活动的需求。国家在交通基础设施建设上投入了巨大的资源，大量的公路、桥梁、铁路、城市轨道交通等正以前所未有的速度进行建设，城市化与交通网络化进程的发展速度正在不断加快。
而越来越多的桥梁得到建设的同时，大量建于较早时期的旧桥其养护维修加固的工作正日益繁重。环境的侵蚀、材料的日益老化、车辆荷载的提高以及超限车辆的普遍存在均造成许多旧桥无法满足安全运营的需要。为了合理的分配有限的公路建设资金，节省国家交通建设资源，挖掘在役旧桥的承载潜力，研究开发新型的桥梁加固技术及材料，并在病危旧桥的加固工程中合理的加以应用，恢复和提高旧桥的承载能力和通行能力，延长桥梁的使用寿命，以满足现代化交通运输的需要，是切合我国当前国情的必然选择。
2. 纤维板材介绍
高性能纤维增强复合材料(FRP) 加固修复混凝土结构是20世纪80年代末在美、日等发达国家兴起的一项新技术，随着不同FRP产品的出现和发展，FRP板材以其高强、高弹性模量、轻质、高耐久性等优异的力学性能，越来越受到结构工程界的广泛关注。
FRP板材是由增强材料和基体构成，目前结构工程中常用的FRP板材主要是树脂基体的碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFRP）、无碱或耐碱玻璃纤维（GFRP）以及玄武岩纤维( BFRP)。各种纤维材料力学性能参数变化范围很大，因此在工程中有很大的灵活性和可设计性。
⑴ 碳纤维(CF)
碳纤维存在某些固有的缺陷，如抗冲击强度和抗剪切强度低，导电，会产生电磁干扰等，应用范围受到一定限制。但因其具有高强度、高模量、施工简便等优异的力学性能，是FRP的首选材料， 已被广泛应用于建筑结构加固中。中国碳纤维的年消耗量为4200t，约占世界总产量的25%，其中增长速度最快、最有发展潜力的就是碳纤维增强复合材料( CFRP)。
⑵ 对位芳纶(AF)
对位芳纶具有高强度、高模量、低延伸、电绝缘、抗震性好、柔软、施工简便等优良性能，在许多方面与CF 具有互补性， 是一种重要的FRP 用材。AF可以单独使用，也可与CF、GF 等混用。国外AFRP 的用途相当广泛， 日本有关厂商和大型建筑公司还专门成立了一个“芳纶补强研究会”。但是， 中国AFRP在结构加固方面的应用尚处于起步阶级，研究较少。
⑶ 玻璃纤维(GF)
可用作FRP的玻璃纤维包括无碱GF和耐碱GF。GF的抗拉强度为3000MPa，延伸率较低，价格便宜，但弹性模量仅60GPa，耐碱性差，易受盐腐蚀，施工操作性较差，因此，应用范围受到较大限制，通常用于对补强要求相对较低的场合。
⑷ 玄武岩纤维(BF)
玄武岩纤维是一种以玄武岩为原料，经高温熔融拉丝而制得的新型矿物纤维。BF的强度和模量较高，且与混凝土有天然的相容性，其价格界于AF和GF之间。但因其原料取自天然的玄武岩，产品性能分散性较大，目前尚处于试验阶段。
3. 碳纤维板材力学特性及加固机理
（1）碳纤维板材力学特性
CFRP板材具有高强度和高弹模的特点。主要有两种类型的碳纤维材料被应用于混凝土结构加固，一种是高强度型，另一种是高弹模型。高强度型碳纤维的抗拉强度比钢筋高10倍，弹性硬度几乎与钢筋相当。高弹模型碳纤维抗拉强度比钢筋大6~8倍，而弹性模量比钢筋大1.8~2.6倍。
高强度碳纤维板材的抗拉强度达到3400Mpa～4000Mpa，弹性模量有2.35×105Mpa~3.8×105Mpa等几种，与钢筋相近或略高，因此，有很好的与钢筋共同工作的性能。由于采用了不同配比、性能各异的环氧树脂材料，可以使界面树脂渗入混凝土中，片材紧随构件外形粘贴，粘贴用的树脂又具有较高粘结强度，能有效传递碳纤维片与混凝土两种材料间的应力，保证不产生界面的粘结剥离。
（2）碳纤维板材加固机理
采用碳纤维板材粘贴加固，一般是粘贴在梁底受拉区，以提高截面的抗弯承载力，这时碳纤维板的作用类似于梁底受拉钢筋。碳纤维板和混凝土梁通过粘结层传递剪应力(锚固剪应力)和粘结正应力(剥离正应力)，以达到共同工作的目的。然而，在碳纤维板端部处往往产生较大的锚固剪应力和剥离正应力，因此，其常见的破坏模式主要有三种：
① 受压区混凝土被压坏相当于混凝土适筋梁破坏梁体所具有的良好延性：
② 混凝土粘结面剪切破坏，即在碳纤维板端部应力作用下由于粘结层的剥离强度较低导致碳纤维板剥落；
③ 混凝土保护层剥落破坏，这是由于端部混凝土保护层被拉裂产生竖向裂缝，当裂缝延伸到纵向钢筋后，又沿钢筋产生水平向的剥离裂缝，使碳纤维板连同保护层发生剥离破坏。
4. 碳纤维板材加固技术的应用现状
粘贴碳纤维板材加固钢筋混凝土梁的抗弯性能研究是近十年来最为普遍的，国外在该领域的研究起步较早，相应的研究成果较多，其中早期的研究成果主要以完整梁的抗弯加固受力性能为主。研究手段大都采用加固钢筋混凝土小梁室内试验，通过与参考梁的对比，分析粘贴碳纤维板对加固钢筋混凝土试验梁抗弯强度、跨中挠度、受拉钢筋应变、裂缝宽度与形态以及破坏模式的影响，从而对粘贴加固效果做出合理的评价。
国内现有的研究成果大都采用了上述研究方法。在已有的研究方法中，碳纤维板材主要粘贴于加固梁的受拉面，也有少数学者针对我国相关技术规程对侧面粘贴的抗弯加固效果进行了试验验证。根据已有研究的加载方案，国内外学者对一次受力问题研究的较多，对二次受力问题(持载加固问题)研究较少。通过对基于完整梁以及二次受力(保持荷载情况)抗弯加固受力性能的试验研究，目前已经就下述结论达成了共识：
1．在梁的受拉区粘贴碳纤维板可显著提高梁的承载能力；在不达到“超筋"限制并确保粘结锚固可靠的前提下，提高幅度与板材厚度及配筋率有关；
2．粘贴碳纤维板可提高加固梁在加载后期的抗弯刚度，但对弹性受力阶段的刚度改善效果不明显；
3．粘贴碳纤维板材可有效抑制加载后期的裂缝，但对提高开裂弯矩以及改善早期开裂的效果并不显著；
4．在加载小于60~70％极限荷载的情况下，加固梁的复合截面仍能很好地满足平截面假定。开裂后，碳纤维板与混凝土复合截面一般不再满足严格意义上的平截面假定；
5．达到极限状态时，碳纤维板的实测拉应变仍远小于碳纤维板材的极限拉应变，即粘贴于加固梁上的碳纤维板存在一个综合强度的问题；
6．在没有可靠锚固措施的情况下，多数加固梁发生了碳纤维板的剥离，加固梁的破坏模式具有明显的脆性特征，发生剥离破坏加固梁的极限承载能力甚至低于未加固的参考梁；
7．附加的端部锚固及局部加强措施(如碳纤维布U型箍条或压条)可有效防止碳纤维板的剥离，明显提高破坏时的跨中挠度和截面曲率，确保加固梁发生延性破坏。
5. 展望
已有的研究成果解决了粘贴碳纤维板加固钢筋混凝土梁的基本受力性能，为这一技术的深入研究及推广应用奠定了一定的基础。然而，由于只是针对完整梁或少数持载加固梁所进行的研究，无法解释某些公路桥梁粘贴碳纤维板加固前后受力性能的变化规律。这就需要针对实际公路桥梁的破损特点，关于加固破损梁的受力性能进行更深入的研究，从而为碳纤维板加固技术在桥梁工程中的广泛应用奠定理论基础。
参考文献：
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[2] 张红霞，魏大祥. 碳纤维加固技术在桥梁结构施工中的应用. 生产一线. 2007. 24；
关键词：工程技术；加固设计；对比分析；分布式；碳纤维板
0引言
在我国早期建造的桥梁中，预应力混凝土箱梁桥是数量比较多的桥型，由于多种原因[1]，这类桥梁存在较多病害，主要表现在：a）桥梁主体结构开裂、露筋锈蚀、裂缝宽度大于规范限定值；b）桥梁墩台沉陷、滑动、变形太大；c）桥面铺装层剥离、开裂、桥面防水层失效、伸缩缝损坏；d）其他附属工程病害。对于桥梁工程的附属工程病害及一般病害通常仅需有针对性地进行养护维修即可，但主体结构病害如已危及到结构的正常使用，则必须对其进行加固处理。箱梁桥的主体结构开裂及承载能力不足通常采用体外预应力索加固法，当箱梁高度较低，箱室内无法施工时，在箱梁的底面或侧面安装体外预应力索；当箱梁高度较大，箱室内便于施工时，在箱室内安装体外预应力索。然而，当箱梁桥的跨度不大时（40～100m），箱梁高度并不大（低于2.0m），箱室内无法施工（主要因为净空高度较低），而且箱室本身也比较宽（城市或高速公路的单箱宽度超过12m），而形成低高度宽体箱梁桥。这类宽体箱梁桥在侧面布置体外预应力索，存在预应力集中布置，箱梁因剪力滞效应[2]，预应力分布不均匀等问题。为解决这些困难，文章提出采用分布式预应力碳纤维板加固法，在箱梁底面沿宽度方向均匀布置并粘贴预应力碳纤维板，与箱梁形成有黏结预应力体系，不但解决预应力的集中锚固的缺陷，而且避免体外预应力的震动和疲劳等问题，此外，预应力碳纤维板本身较薄，加固后对结构的外观影响非常小，是一种非常适用于低高度宽体箱梁桥的加固方案。为便于说明分布式预应力碳纤维板加固法，以南京三汊河大桥加固处治工程为例，对分布式预应力碳纤维板和体外预应力两种加固方案进行了对比研究。
1工程概况
三汊河大桥位于南京市下关区外秦淮河与惠民河交叉处，南北走向，全桥长435.12m。其中主桥采用（45+60+45）m变截面预应力混凝土连续梁桥，引桥为组合箱梁桥，桥面总宽24m，单幅宽12m。主桥上部结构采用变截面预应力混凝土连续箱梁，墩顶梁高3.8m，跨中梁高1.8m，梁高按照抛物线变化。箱梁采用单箱单室截面（如图1），箱梁顶宽12m，底宽6.5m，悬臂长2.75m，顶底板厚25cm，腹板厚30cm，墩顶处箱梁腹板渐变为50cm，底板渐变为60cm厚。桥梁施工采用悬臂浇筑法完成。对跨中截面，箱梁高度与宽度之比为0.15，是典型的低高度宽体箱梁。
2主体结构病害
经检测三汊河大桥主桥边跨合拢段附近存在大量底板横向与腹板斜向裂缝，箱梁顶板普遍存在纵向裂缝，主桥施工时节段间浇筑质量较差，多处接缝处存在高差，高差最大值达5cm，预应力筋外露锈蚀，个别波纹管内没有灌浆。边跨底板横向及腹板斜向裂缝从其分布位置及形态分析，横向裂缝表现为弯曲裂缝，腹板斜裂缝表现出较明显的剪切受力裂缝状态，其中个别裂缝宽度达到0.15mm。根据城市桥梁养护技术规范裂缝宽度要求，三汊河大桥检测评估等级为D级—不合格级，急需进行加固修复[3]。
3加固设计
3.1加固前计算分析
桥梁加固前计算采用有限元程序进行，计算采用平面杆系理论，主梁三维梁单元模拟。为了比较准确反映结构的受力情况，各个构件截面特性按照结构实际尺寸进行取值，施工阶段按照原设计图中阶段进行悬浇施工模拟。计算中荷载主要考虑自重、二期恒载、温度作用、支座沉降、收缩徐变、预应力以及汽车作用，其中汽车作用按照原设计标准汽-20级，挂-100级加载，并考虑汽车冲击作用。验算采用的规范限值按照规范[4]执行。经过模拟计算可以得出以下结果：由正截面抗弯承载能力包络图（如图2）可以得出，主桥边跨合拢段附近正截面抗弯承载力不足，主桥中跨跨中正截面抗弯承载力储备较少。由正截面抗裂验算结果（如图3）可知，短期效应下主桥边跨合拢段附近正截面拉应力最大值-3.08MPa远大于A类构件限制应力-1.68MPa，正截面抗裂不满足要求。验算结果显示除以上两项不满足规范要求外，另外还有边支点附近抗剪承载力及箱室框架顶板抗弯承载力不满足规范要求。由此可见，三汊河桥梁主桥的计算结果与检测中发现的病害是吻合的，这也说明桥梁病害产生与结构受力不满足使用要求是紧密相关的。
3.2加固设计方案
限于篇幅，本文中仅介绍抗弯加固的设计方案。根据以往经验，对于抗弯加固一般采用粘贴碳纤维板（或布）、钢板或体外预应力加固[5]，本桥梁为大跨径预应力桥梁结构，除抗弯承载力不满足外，边跨合拢段附近截面下缘拉应力也超标较多。理论分析认为，混凝土截面裂缝开裂后，开裂的截面刚度折减[6]，靠近开裂位置的受拉钢筋会因水气的进入而逐渐锈蚀，影响桥梁结构耐久性及结构安全。为此，合理的加固方案不仅要提高截面承载能力，还需对截面边缘出现的较大拉应力进行消压，使得较大宽度（大于0.1mm）裂缝的开展有所限制，较小宽度（小于等于0.1mm）裂缝适度的闭合。考虑到普通粘贴加固是一种被动加固法，对既有结构加固，存在二次受力问题，虽然对截面承载能力有一定程度提高，但是无法有效消压，对裂缝的开展限制作用有限，更不可能闭合裂缝[7]。经分析研究，认为采用预应力加固的主动加固方法才可以满足本桥的加固要求[8-9]，提出以下两种方法。
3.2.1体外预应力索加固
本方案对原桥梁结构抗弯不足的边跨合拢段附近及中跨跨中附近采用体外预应力技术加固，横向在截面两侧近腹板处对称布置两束15-φs15.2预应力钢束，每束预应力钢束的张拉力为2520kN。由于箱室内的高度在1.3m左右，设置锚固齿块及预应力张拉施工均较为困难；若设置在箱室外，锚固座及预应力索使桥梁外观不佳；出于对体外预应力筋加固的受力进行对比分析，暂以在箱室内的布置方案为研究对象。
3.2.2分布式预应力碳纤维板加固
通过在箱梁底面（边跨合拢段、中跨跨中一定范围内）粘贴多条预应力碳纤维板，碳纤维板厚2mm，宽50mm，每根预应力碳板张拉力为120kN，总张拉力为2520kN。相对于体外预应力筋加固（方案一），分布式预应力碳纤维板（方案二）的预应力布置思路是“化整为零”，这样有很多好处。第一，避免集中的体外预应力在宽箱梁上的剪力滞效应[2]，让预应力在箱梁上分布更合理（下面详细计算）；第二，预应力碳纤维板布置在箱梁底面，距中性轴较远，预应力的抗弯效果更好；第三，预应力碳纤维板与箱梁相黏结，能紧密结合，在受力时共同工作，能抑制既有裂缝的扩展，这是体外预应力筋或者无黏结预应力筋所不具有的特点[9]；第四，碳纤维板厚度较薄，施工完成后，对箱梁的外观基本不改变，对城市桥梁景观来说至关重要；第五，锚固区设置同样也是“化整为零”，每个锚固座的设计将变得相当简单，甚至锚固座可以实现隐形设计，施工完成后，同碳纤维板一样对桥梁外观几乎没有改变。
3.3宽体箱梁加固后横向应力分布计算
针对以上两种预应力加固方案，对后加预应力在宽体箱梁上的应力分布分别做有限元分析对比计算。计算中采用Midascivil软件中的实体单元模拟箱梁节段混凝土，预应力筋体外束及碳纤维板以桁架单元模拟分析计算。经有限元结构分析可知：方案一中体外预应力束加固的箱梁节段，由于钢束张拉及锚固力均较大，因此靠近腹板位置处，在预应力作用下，压应力首先由齿块传递至与其相连的腹板及底板，最后才能传递至底板中部，底板上产生的应力沿横向是不均匀分布的，呈现中间小两边大的状态。此处，齿块位置最大压应力26.31MPa，底板中间压应力接近0，可见体外束加固后对底板的消压作用因箱梁的剪力滞效应，预压应力分布极不均匀，施力处大，远离处小，受力较不合理。方案二中分布式预应力碳纤维板加固的梁段，由于碳纤维板直接布置于箱梁底板，预应力作用下，压应力通过锚具及黏结力直接作用于底板，无剪力滞效应[2]，分析结果显示底板压应力为4.99MPa，且压应力沿底板分布均匀，可见分布式预应力碳纤维板加固对底板的消压作用相对而言是均匀且显著的。基于以上分析，并考虑两种预应力加固方法的施工难度及耐久性[8-10]、经济性，最终采用分布式预应力碳纤维板加固方案作为加固设计方案。
3.4加固后桥梁整体效果分析
对加固后的桥梁进行模拟分析计算，计算结果（如图8、图9）显示经分布式预应力碳纤维板加固后桥梁抗弯承载力及正截面抗裂能力均有大幅提高。表明该桥采用分布式预应力碳纤维板加固方案可以达到预期加固效果。
4结语
通过对南京市三汊河大桥的加固设计的对比研究，可以得出：对于低高度宽体箱梁桥结构因抗弯承载力不足或裂缝宽度较大等病害，采用分布式预应力碳纤维板加固是一种较体外预应力筋加固更合理可行的方法，在技术经济可行条件下应优先采用。
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【关键词】预应力碳板，体外预应力，桥梁加固，复合使用
1 工程实例
1.1 工程概况
高粱互通式立交由主线桥和5座匝道桥组成，主线路基宽24.50m，设计荷载标准为汽车-超20，挂车-120。该桥近年来随着车流量、车载重的不断加大，代表车型不断趋于重型化以及其它多种原因，使得左幅第12跨出现严重病害。在充分掌握结构的外部条件和现状的基础上，正确分析病害产生的根本原因，综合考虑社会效益和经济效益，本着尽可能减少加固工程对大桥交通的影响程度和影响时间长度的原则，制定对该跨梁段采用腹板张拉体外预应力和底板张拉预应力碳板的方案进行加固。
1.1-1 箱梁底板张拉碳纤维板加固
1.2 施工工艺
根据设计图纸加固设计要求，先对腹板进行体外预应力张拉再对底板进行预应力碳板张拉。
（1） 体外预应力施工重点及关键点
1、 钻孔植筋、钢筋绑扎
1） 钢筋空位放线完成后，用φ20的钻头打孔，孔深为25cm，如果遇到钢筋，适当便宜空位，但空位不得与预埋钢管走向线相冲突。
2） 钻孔完成后，先用毛刷将板结在孔内的灰尘清理一遍，然后用吹灰机清除孔内浮灰，直到手触无明显灰尘为止。
3） 清孔完成后，用注胶枪向孔内灌注胶液至孔深2/3处，然后将钢筋旋转进入孔内，直至植筋孔周围溢出胶液，植筋时注意每根钢筋的位置与弯起筋的朝向。
4） 植筋完成后，等胶液固化后，开始对那些孔位偏移的钢筋进行矫正，并保证预埋管线的正确走向上无阻碍钢筋。
2、 预埋管、锚垫板的安装
依据施工图纸，对预埋管进行定位，定位完成后，用两排井字筋将预埋管及锚头固定，锚头部位中心线水平距离25cm，离梁底板垂直距离35cm，预埋管出口部位距离腹板水平距离为10cm，距离底板垂直距离为20cm，锚头端部保持水平，预埋管出口位置保证平顺。
3、 混凝土浇筑
浇筑前准备工作对要浇筑的构件先湿水，不能有明水。对于到达现场的自密实混凝土，现场需进行坍落度及扩展试验指标合格，混凝土才能用于现场施工。浇筑期间控制主要是构件要浇筑密实，浇筑时通过振动棒快插慢拔，至混凝土不再下沉后，通过榔头敲击模板检查混凝土是否密实，如有空洞声响，必须用振动棒敲击此处及周边模板，直到听到闷响为止。浇筑时，要每个点派人检查模板，发现漏浆，胀模要及时处理。所有构件，浇筑完成8h后可拆除侧模板，48h后可拆除底模。拆除时注意不要损伤新混凝土面。每个构件每天浇水七次（上午三次、下午三次、晚上一次，浇筑完后三天白天每一个小时浇水养护一次），共养护七天。
4、 预应力张拉
1） 张拉前准备工作
为保证张拉顺利进行，张拉前应先检查：油泵与千斤顶是否连接正确、千斤顶与油表是否对应、张拉人员是否到位、通信对讲机是否到位、张拉用到的工具如碘钨灯、锤子、扳手、备用油管垫片等是否准备到位。
2） 张拉期间控制
本次张拉共分三级，即20%、40%、60%、80%、100%，最后张拉力为186.14t。张拉期间应严格按照分级张拉顺序和油表力值对应表进行张拉施工，每级张拉应均匀缓慢，每级张拉持荷时间为5分钟。每级张拉到位后要把油表读数和延伸量由现场技术人员记录下来。
张拉期间，由专人指挥，且全程要有人员监控，发现异常及时停止张拉，顺利无误后再进行张拉。
（2） 预应力碳板施工
1、 施工注意事项
1） 钻孔定位准确，避开原钢筋网和波纹管，核对施工操作空间。
2） 化学锚栓安装要牢固，检查其可靠性，施工时要等化学锚栓达到允许强度后，方可进入下一道工序。
3） 检查碳纤维板有无表面损伤等。
4） 安装时碳纤维板粘贴面用干净纱布沾丙酮等清洁剂清洁干净，注意不要损坏碳板，接着在碳纤维板上涂抹碳纤维专用结构胶，然后再将两端的锚具安装到位。
5） 张拉时，要逐级张拉，张拉分级为20%、40%、60%、80%、100%，最后张拉力为9.6t，保压2min。
6） 张拉时张拉螺母必须拧紧。
7） 张拉端和固定端锚具与梁面接合处需用结构胶填满形成整体。
8） 封锚。在张拉端、固定端锚固区加上一层钢筋网格，用聚合物砂浆或者其他防腐材料进行封闭。
1.3 监测方案
本桥加固效果的优劣及加固目的能否达到，最关键的因素是体外预应力的预应力效果和新增补强材料能否有效地与原结构共同参与工作、提高结构刚度。因此对加固段加固效果进行监测。
（1） 体外预应力实施过程监测结果
1、 应变监测结果
体外预应力张拉过程中各测点的应变数据见下表
1.1-2 应变传感器测试结果（με）
从上表可见，4#，5#和8#的数据可信度较高，因此可计算出跨中截面下缘在体外预应力张拉后获得压应力为0.76MPa。应力校验系数为0.76，位于大多数桥梁测试范围内。
2、 变形监测结果
体外预应力张拉后，30m跨跨中截面上挠2.18mm。理论计算值为2.72mm。变形校验系数为0.80，位于大多数桥梁测试范围内。
3、 索力监测结果
索力监测结果为1887.8KN，而原加固设计索力为1861.4kN，所以千斤顶张拉力与采用振动法测试索力结果吻合较好，结果表明张拉力达到设计要求。
（2） 碳纤维板张拉过程监测结果
通过钢弦计测试结果，计算得相应混凝土压应力为0.40MPa，与理论计算值0.8MPa相比的校验系数为0.5，位于大多数桥梁测试的合理范围内。
结束语
通过对高粱互通主线左幅12跨桥梁在施加体外预应力和预应力碳纤维板施工过程的监测结果表明：体外预应力索力达到设计要求，桥梁所获得应力及挠度校验系数均在合理范围内；预应力碳纤维板加固后体外预应力索力未发生明显变化，混凝土与碳纤维板间的胶粘剂未受到疲劳荷载及环境作用的显著影响，粘结良好；桥梁结构的内力分布得到明显改善，桥梁承载力得到显著提高，满足承载力及变形要求，达到加固设计目标。高粱互通立交桥的成功加固及监测结果，证明了体外预应力及预应力碳纤维板加固技术具有较大工程实用价值。
参考文献
[1]《预应力碳板在湖北旧桥加固中的应用研究》 郑卫华
[2]《碳纤维结合体外预应力筋》 季广军
[3]《高粱古家坝互通式立交桥加固监控报告》
【关键词】预应力；碳纤维板条；粘结应力；粘结-滑移本构关系
1引言：
目前一些学者张珂[11]对预应力表面粘结碳纤维布、碳纤维板条张放后端部粘结应力进行了分析，并得到了碳纤维材料与混凝土的界面粘结应力变化规律，但缺乏对于预应力表层嵌贴碳纤维板条界面粘结应力的分析，随着碳纤维材料的进一步推广应用，表层嵌贴碳纤维板条技术在加固梁性能上面优势更加突显，如何分析预应力表层嵌贴碳纤维板条放张后界面的应力分布规律是研究的重点。已有的工作表明[10]，预应力表面粘结以及预应力表层嵌贴的分析模式均采用了碳纤维与混凝土之间的剪切-滑移关系模型，比较预应力表面粘结碳纤维板条的界面粘结应力关系，由于预应力表层嵌贴加固技术碳纤维板条被埋置在了混凝土内部，在预应力的放张阶段存在残余应力，使结构的分析变的更加复杂。本文对预应力表层嵌贴碳纤维板条界面粘结应力做了充分分析，并且针对每个试件的参数提出了其能够承受的最大张拉预应力，通过本文的研究可以更好的对预应力表层嵌贴碳纤维板条加固技术进行利用。
2、界面粘结应力分析：
2.1线性界面剪切-滑移模型
现有的研究表明：预应力表层嵌贴碳纤维板条与混凝土试件之间粘结滑移-剪应力关系由上升段、下降段、平稳段三段组成。为了简化计算，采用了简便实用的且误差不大的线性模型，即：
式中： 为CFRP与混凝土界面间相对滑移量； 为界面剪应力； 为界面剪切强度； 为界面剪切强度 对应滑移量； ； 为界面最大相对滑移值； 为残余摩擦应力； 为界面发生剥离时板条的最大相对滑移；
2.2界面粘结应力分析
以图2 所示预应力CFRP表层嵌贴加固混凝土简支梁为例进行分析，梁底粘贴预应力CFRP板条，梁支座间净跨2 ，预应力碳纤维FRP长2 ，CFRP宽 ，厚 ，加固截面如图2 所示，假设碳纤维FRP板条在梁两端对称张拉，以跨中碳纤维FRP无变形截面为坐标原点建立坐标系，考虑对称仅考察右侧半边结构，X-X截面处碳纤维FRP变形如图2 所示，虚线和视线分别表示坐标X处碳纤维FRP放张前后的位置，放张前CFRP位置 ，放张后碳纤维FRP发生粘结滑移，新的位置为 。
为初始施加碳纤维FRP的预应力，对应初始预拉应变为 ， ，放张前CFRP应力处处相等，均为 ，放张后定义坐标X处碳纤维FRP应力降低至 ，CFRP中拉应力为 ，界面剪应力为 。
分析时假定：混凝土不会发生压缩变形；CFRP在受拉方向厚度、模量、宽度不发生变化；界面剪应力-CFRP相对滑移 关系采用式（1）所给出的双线性关系。
碳纤维FRP在端部相对滑移量最大，跨中横截面则无相对滑移，剪应力从跨中向端部逐渐增大，其变化规律为：当初始应力 较小，端部CFRP滑移 时， ，粘结剪应力分布如图3a所示； 增大，当 时， ，定义 为 ，剪应力分布如图3b所示； 继续增大， ， 出现下降段，分布如图3c所示； 继续增大，当 时， ，剪应力分布如图3d所示，若继续增大 ，CFRP将发生剥离，定义此时 为 。
2.2.1、 时界面粘结应力 分析
先对图3a进行分析，初始预应力 较小时， 处于上升阶段且未达到 ，定义 时， 达到理论上的 ， 为引入的虚拟参数。引入式（1）双线性剪切滑移关系：
2.2.2、 时界面粘结应力 分析
当 从 开始继续增大时，剪应力分布如图3c所示，定义 ， 定义为软化长度，与前述推导类似，当 时式（13）依然成立。
双曲线下降段 继续应用双曲线剪切滑移本构关系：
3结论
1） 得出预应力表层嵌贴碳纤维板条放张后混凝土与碳条之间的粘结应力变化规律。
2） 在已有的模型上通过公式推导表层嵌贴碳纤维板条施加的最大预应力计算公式。
3） 通过建立了自己粘结滑移曲线参数，当使用其他型号碳纤维板条时依然可用。
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