预应力碳纤维布在桥梁加固中的应用

时间：2020-01-05

随着生活水平的提高，人们对建筑物安全性、实用性和耐久性的要求不断提高,同时由于建筑物使用性能的改变、负荷的变化、结构部分损坏以及设计与施工缺陷造成的质量隐患等，需对建筑物进行补强加固处理。多数情况下，采用碳纤维布加固混凝土结构比其他加固方法更有优势[1]。随着基础研究和工程应用的不断发展，粘贴碳纤维布加固混凝土结构技术在土木工程中得到了广泛的应用[2]。但是普通碳纤维布加固工程结构时，由于碳纤维布对结构施加的是被动约束，工作时存在二次受力问题，加固的结构破坏时往往不能充分利用碳纤维布的高强性，预应力碳纤维布加固技术能有效的克服普通碳纤维布加固时存在的问题，充分发挥碳纤维布的高强性能。试验研究证明[3]，预应力碳纤维布加固技术是一项非常有效的加固技术。

一预应力碳纤维布介绍

（一）碳纤维布简介

碳纤维布强度高，密度小，厚度薄，基本不增加加固构件自重及截面尺寸。适用面广，广泛适用于建筑物桥梁隧道等各种结构类型、结构形状的加固修复和抗震加固及节点的结构加固[4]。碳纤维布施工便捷，*大型机具设备，没有湿作业，*动火，*现场固定设施，施工占用场地少，施工工效高。碳纤维布具有高耐久性，由于不会生锈，非常适合高酸、碱、盐及大气腐蚀环境中使用。碳纤维布具有高强度、质轻、耐腐蚀等特点，是加固混凝土受弯构件理想的材料，可以应用于桥梁工程及一些结构工程中。

（二）预应力加固的定义预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固的方法，特点是通过预应力手段强迫后加部分一拉杆或撑杆受力，改变原结构内力分布并降低原结构应力水平，致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除，因此，后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体承载能力可显着提高。

（三）预应力碳纤维布的基本性能

预应力碳纤维板布加固技术的碳纤维布预先承受了拉力，通过胶粘剂与混凝土构件结成一体，以起到加固修复混凝土构件的加固方法，与一般加固方法的碳纤维布相比，可以较大的提高结构的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载，显着提高构件的刚度，减小构件变形，有效抑制裂缝的形成开展，能有效的克服普通碳纤维布加固时存在的问题，使碳纤维布对构件由原来的施加被动约束转化为施加主动约束，充分发挥碳纤维布的高强性能。使用预应力加固技术后的碳纤维布相较于普通碳布，强度方面更为优越。预应力碳纤维布加固混凝土梁可以充分发挥碳纤维布的高强性能,预应力碳纤维布加固的混凝土梁要比普通碳纤维布加固混凝土梁的承载力,刚度等性能指标都有明显提高,而且施加预应力越大,提高的效果越明显。

二预应力碳纤维布加固原理与工程案例

（一）预应力碳纤维布加固方法

预应力纤维布加固系统由三部分组成：锚具、碳纤维布、碳纤维胶。其工作原理是将纤维布张拉至设计值，用粘结材料将其粘贴到混凝土板梁的受拉面，使其与混凝土结构共同受力利用碳纤维材料良好的抗拉强度，达到增强构件承载能力及强度的目的。

（二）预应力碳纤维布施工工艺

1将锚固板安装至张拉板上，调整张拉钢板，使碳纤维布的纵向轴线通过锚具中线，以保证碳纤维布截面内力分布均匀。待调整好平整度后，将一端固定在张拉板上，取下另一段的锚固板，放置在干净的塑料布上，以便于在梁上涂刷浸渍胶。将配置好的浸渍胶均匀涂刷在构件的粘帖面，应保证涂刷厚度均匀。

2将锚固板安装在构件的另一端的张拉版上，轴承压在锚固板上，同时拧动手扳葫芦，时轴承能够在锚固板上滚动。在锚固板的螺杆上安装连接册立读数仪的传感器，套上螺母，用扳手拧动螺母，张拉碳纤维布直至设计值，张拉力的大小通过测力读数仪来控制。张拉时测力读数会下降，用扳手拧动螺母，使张拉力保持在设计值，持续30min左右读数趋于稳定。

3碳纤维张拉完毕后旋紧手扳葫芦，将锚固板紧压在混凝土梁表面，使锚固端的碳纤维与混凝土梁表面紧密结合。在碳纤维布表面再刷一层浸渍胶，使碳纤维布完全被树脂浸润，并用刷子沿纤维方向挤压，除去碳纤维下面的水泡。

4在浸渍胶凝固后，检查碳纤维布的粘帖质量，树脂未充满的空隙用注射器注入环氧树脂。在锚固区域粘帖附加锚固U形箍和压条，以防止剥离破坏。

5在构建上覆盖一层塑料薄膜，养护后松开张拉机具，裁除多余的碳纤维布，将张拉机具卸除。

（三）工程案例

南通市2016年干线公路桥梁专项维修工程建设地点南通市，立交桥建成于2000年10月。由于使用年限达到16年，立交多处出现钢筋混凝土连续空心板梁底板横向裂缝、腹板竖向裂缝。经过某设计院设计决定采用预应力纤维布进行加固，由上海某加固公司施工，海宁安捷复合材料有限责任公司提供材料以及技术指导。

某立交桥预应力纤维布加固共使用预应力张拉锚具135套，15CM宽纤维布共1971m，每条纤维布长度14.6m，共有5跨板面需要加固，每跨板面共要装27套锚具进行张拉纤维布。每条纤维布的张拉力控制在30KN。

施工步骤：混凝土表面处理→底层树脂配制并涂刷→找平材料配制并对不平整处修复处理→固定安装锚具→纤维布张拉粘贴→表面防护。

预应力纤维布加固系统的应用提高了立交桥板面的开裂荷载、屈服荷载，有效延迟了板面的开裂，限制裂缝的形成、发展，减少裂缝的宽度和挠度变形，显着改善了石庄立交板面的性能。

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