预应力碳纤维板旧桥梁底加固新技术研究

2020-07-14史立涛

工程技术研究 2020年11期

史立涛

（山东建峰工程项目管理有限公司，山东烟台 264003）

桥梁工程为推动社会及经济发展作出了极为重要的贡献，然而随着桥梁的长时间服役运行，难免会发生一些自然病害及人为损坏等问题，若不妥善解决这些问题，不但会影响桥梁的质量及寿命，还会带来极大的行驶安全隐患。因此，为确保旧桥可以长期安全地运行，对其产生的病害问题进行相应的加固处理非常有必要。目前，用于旧桥加固的技术很多，其中预应力碳纤维板加固技术是近几年迅速发展并广泛应用的一项新型技术，为了验证这项技术的应用效果，文章就此展开详细的论述。

1 预应力碳纤维板加固技术概述

预应力碳纤维板应用于旧桥加固施工，可以有效增强桥梁的强度、质量及耐腐蚀性等，因此得到了大力的推广及应用。碳纤维板的弹性模量与钢筋的弹性模量一样，只是碳纤维板的抗拉能力更强，所以如果是正常使用的情况下，碳纤维板材的利用率不高，很难发挥出碳纤维板应有的价值及加固作用。预应力碳纤维板加固技术是利用环氧胶碳纤维板并在其上面施加合适的预应力张拉，然后布置在旧桥梁的裂缝等病害位置，从而使病害问题得以修复，并有效增强了旧桥的强度。相比较于传统的不施加预应力的碳纤维板粘贴加固技术，应用预应力碳纤维板加固后，碳纤维板会承受桥梁受力后的绝大部分应力，有效解决了应变滞后的问题，并可充分发挥出碳纤维板材的高强度等优势及价值，增强旧桥的荷载能力的同时，有效延长旧桥的使用寿命。

2 实例分析

某大桥工程总长430m，桥梁共计11跨，跨径组成为 2×30m+3×50m+2×50m+4×30m，并设计桥梁交角为90°。该大桥上部由预制预应力混凝土连续T梁及箱梁装配而成，桥梁预制中心梁高度分别为280cm、160cm。该大桥采用双向坡，且顺着路线方向设计左右两边梁顶板预制横坡都往外侧下方倾斜2%；一跨中间的T梁顶板设计为2%的双向坡，也就是两边翼缘均往外侧下方倾斜；桥梁底部预制均是平坡。该大桥总共使用了24片30m箱梁及25片50mT梁。

2.1 病害情况

该大桥在建成投入运行3年后出现了一些病害，经专业检测后得出：该大桥的各T梁跨中腹板部位出现一些竖向裂缝（见图1），且T梁两头腹板部位也出现了一些斜向裂缝（见图2）；整个大桥的横隔板均出现砼开裂，有钢板露出来且被锈蚀；桥梁表面也有局部损坏情况，且伸缩缝存在堵塞和橡胶条损坏的情况。

图1 竖向裂缝

图2 斜向裂缝

2.2 加固方案

结合该大桥的病害问题设计了针对性的加固方案，即选用裂缝修补胶封闭处理T梁上的裂缝，再处理桥梁表层的钢筋外露及混凝土剥离脱落等病害；然后应用预应力碳纤维板技术加固第4～6跨的T梁腹板靠近底部的侧面，确保主梁能保持足够强的抗弯承载力，并在各T梁临近支座的部位粘贴“U”型钢板，确保主梁保持足够强的抗剪承载力，也在横隔板的两边粘贴了钢板，确保大桥保持良好的横向联系，减小单个梁片的受力。

2.3 加固施工

（1）基底处理。在开始加固施工前，必须处理好基底才能确保碳纤维板得以高效应用，并使大桥达到理想的加固效果。这就要求先把大桥的损坏部位修复好，清理碳化及损坏部位，并对锈蚀的钢筋进行除锈及防腐处理，再修补好缺口及损坏部位，确保大桥的完整性。用磨光机对需粘贴碳纤维板的基面位置进行打磨及清理，并使用压缩空气吹掉浮尘，针对表面凹凸不平较严重的位置，涂上找平胶。间隔一定时间，待大桥表面完全干燥达到加固施工要求后，开始加固施工。

（2）涂刷底层。结合现实要求设计并配制出所需的涂料，搅拌充分且均匀，并立即进行涂刷操作，以防涂料发生固化。

（3）碳纤维板粘贴。①准确测算出大桥需加固的具体面积大小，依此明确碳纤维板材的实际用量，并根据大桥加固部位的形状剪裁出碳纤维板。该大桥加固所用的都是小于2m的碳纤维板。②等要加固部位底漆干燥度达到要求后，配比并拌制环氧树脂主剂和固化剂，均匀拌制2min。③把拌好的环氧树脂用专用的滚轮毛刷涂到底漆上，确保涂得均匀，且根据加固部位的粗糙程度来确定环氧树脂的具体用量。④涂完环氧树脂后及时粘贴碳纤维板，并沿纤维方向选择滚轮毛刷或橡皮刮刀把碳纤维板整理平整，不可有气泡。顺纤维方向预留10cm的长度空间，以便后续搭接施工，短方向上不用预留。⑤粘完碳纤维板之后必须静放30min，如果此时段内发生浮出或脱线等现象，必须用滚轮毛刷或橡皮刮刀及时压平并修改好，确保加固效果。这个过程中要确保现场足够整洁且空气流动良好，施工操作人员也必须穿戴好护具，以保证安全。

（4）养护。必须在粘完碳纤维板后及时实施相应的养护措施，养护时间应达到7～14d，并适当封闭或遮挡那些易受外界因素影响或扰动的部位，以确保加固施工达到预期效果。

3 加固效果分析

3.1 计算结论

应用预应力碳纤维板对该大桥加固后，为验证效果，测算了大桥4～6跨T梁的跨中截面增加的抗弯承载力和安全系数（见表1）。由表1可以得出，加固后，大桥的安全系统大于1，满足标准要求，且经测算截面受压部位高度也符合标准要求。

表1 计算结果

3.2 预应力徐变观测分析

碳纤维板会受车辆荷载影响而发生徐变，对预应力产生不利影响，使得难以长时间维持良好的加固效果。所以，在完成大桥加固后，应对该大桥的碳纤维板的预应力实施长期监测。具体方案：选择T梁跨中底板两边的碳纤维板、跨中两边腹板的碳纤维板及1/4截面底板两边的碳纤维板为对象进行监测，且各碳纤维板上均安装一个光纤光栅传感器，总共设了6组监测对象，并按1～6标好编号；然后长期监测碳纤维板长时间受荷载影响而产生的徐变情况，并准确算出预应力的损失情况（见表2）。由表2可知，碳纤维板整体在3个月中发生一些徐变且缓慢增长，最终趋于稳定。比如1号碳纤维板最大徐变值是21.55，前两个月徐变值达到20.45，最后一个月增长速度不到1，非常缓慢，这说明碳纤维板的徐变趋于稳定，初始徐变预应力损失（包括碳纤维板徐变及锚具滑移）为0.37%。经测量，锚具没有发生太大的松动及侧滑，使用锚具能很好地防止出现碳纤维板因锚具滑动而出现预应力损失。因此可以得出，预应力碳纤维板加固技术和传统利用有机胶粘贴碳纤维板加固的方式是有本质区别的，预应力碳纤维板加固技术是利用锚具把碳纤维板牢靠地锚固到要加固的桥梁结构上，从而有效杜绝了因有机胶水老化而导致桥梁加固部位耐久性差的问题。