预应力碳纤维板局部加固对桥梁整体影响分析

摘要：对某简支预应力钢筋混凝土T形桥梁进行了预应力碳纤维板加固，用有限兀模拟和实际监测两种方法， 对比分析了局部加固对桥梁整体的影响。研究结果表明：采用预应力碳纤维板加固桥梁，由于横向连接作用， 各片T梁间存在一定程度的预应力传递，有效提高了整桥承载力。预应力碳纤维板加固混凝土桥梁时，碳纤 维板与混凝土构件接触部位的纵向、横向和竖向均存在拉应力，有使碳纤维板从混凝土表面产生剥离的趋势。 有限元模拟数据与实际监测结果比较吻合，说明有限元模拟方法可以应用于实际工程的辅助计算。 

关键词：预应力碳纤维板,桥梁工程,局部加固,整体效应,有限元分析,碳纤维板加固

0 引言 碳纤维材料是一种高科技复合材料 ，最早应用于军事、航空、船舶和汽车等领域，20世纪50年 代首次应用于增强混凝土结构，国内外对预应力碳纤维板加固结构构件已进行了大量研究。文献[3] 用14根预应力碳纤维梁与非预应力梁进行测试，发现前者有更高的极限荷载，而且相同荷载作用下扰 度变化较小。文献[4]对3根碳纤维板加固梁与未加固梁进行了对比分析，得出加固后钢筋混凝土梁 变形减缓的结论。文献[5]对8根外部粘贴预应力碳纤维板加固受弯构件进行了研究，分析预应力碳 纤维板加固对试件承载力、使用阶段的变形和碳纤维应用效率等的影响，发现预应力碳纤维板加固可大 大提高受弯构件的开裂荷载和屈服荷载，提高受弯构件利用效率。文献[6]采用外部粘贴预应力碳纤 维板技术对某危桥进行了加固，桥梁结构承载力满足加固设计荷载要求，且挠曲变形显著减小，桥梁结 构的内力分布得到明显改善。在工程上，文献[7]对开裂严重、梁体挠曲变形明显的钢筋混凝土简支T 形梁桥进行了提载性加固，显著提高了桥梁结构的承载能力，增大其刚度，改善其内力分布，从而有效提 升了桥梁的运营能力。文献[8]用预应力碳纤维板对洋河桥进行加固，对施工工序、承载力和应力进行 了验算，为后续桥梁加固提供参考。 但是，有关预应力碳纤维板局部加固对整桥影响的研究较少。本文通过加固前后混凝土的应力变 化，以及有限元软件的仿真模拟，分析局部加固对整桥的影响效应，探讨预应力碳纤维板对既有桥梁局 部加固的整体影响机理。并将有限元模拟数据与实测数据进行了对比分析，验证了有限元模拟分析的 可靠性。 1 工程概况及加固方案 1．1 工程概况 某桥梁全长456．91 rn，桥面宽度23 in，公路等级为双向4车道高速公路，荷载等级为公路I级。桥 梁上部为25 m跨长预应力混凝土简支T梁，沥青混凝土桥面铺装，路面从中脊线向两侧2％ 找坡，毛勒 伸缩缝，板式橡胶支座；下部为双柱式桥墩、轻型桥台。经过16年的运营，桥梁已出现不同程度的损伤。 在2011年9月的定期检查中，发现部分T梁已出现马蹄缘开裂、下挠变形、横隔板混凝土破损、局部钢筋 锈胀、铺装层开裂和车辙等病害。监测数据表 明：破损最严重的是1样梁，从离支座1／3跨长的 位置到跨中区域的截面下缘均出现了拉应力， 不满足抗裂要求，部分病害有发展迅速的趋势， 桥梁加固刻不容缓。桥梁1／2横断面见图1。 1．2 预应力碳纤维板加固方案 根据文献[9]的病害程度分类，1#梁、2#梁 和3#梁属于一般病害的3类T梁，经过多种方 案比较，决定采用预应力碳纤维板进行加固。 11 500 4X2350--'9400 I 80o 图1 桥梁1／2横断面图 首先，对裂缝和局部破损部位采用丙乳砂浆或丙乳细石混凝土进行修补；然后，对损伤较严重的1#梁、2#梁 和3#梁进行预应力碳纤维板侧面体外加固。预应力碳纤维板的张拉控制应力取960 MPa，张拉控制力为 (0．4 X 2 400×200)N=192 kN，碳纤维板规格(宽×厚)为100 mm×2 mm，长21 m，布置在梁两侧距梁底 100 mm处，采用一端同时张拉，预应力损失取张拉控制应力的10％ ～15％ ，加固示意图见图2和图3。

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