隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)以及人民生活水平的不斷提高，現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施已難以滿足巨大的人口基數(shù)以及日益繁榮的社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的需求。國(guó)家在交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上投入了巨大的資源，交通部門計(jì)劃在現(xiàn)有的2.1萬(wàn)億公路建設(shè)投資規(guī)模（至2020年）的基礎(chǔ)上再增加2萬(wàn)億以上規(guī)模的投資，在現(xiàn)有建設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)公路、橋梁等骨干交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)力度。大量的公路、橋梁、鐵路、城市軌道交通等正以前所未有的速度得到建設(shè)，城市化與交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的發(fā)展速度正在不斷加快。另一方面，越來(lái)越多橋梁得到建設(shè)的同時(shí)，大量建于較早時(shí)期的舊橋其養(yǎng)護(hù)維修加固的工作正日益繁重。環(huán)境的侵蝕、材料的自然老化、車輛荷載的提高以及超限車輛的普遍存在均造成許多舊橋已無(wú)法滿足安全運(yùn)營(yíng)的需要。為了合理的分配有限的公路建設(shè)資金，節(jié)省國(guó)家交通建設(shè)資源，挖掘在役舊橋的承載潛力，研究開(kāi)發(fā)新型的橋梁加固技術(shù)與材料，并在病危舊橋的加固工程中合理的加以應(yīng)用，恢復(fù)和提高舊橋的承載能力及通行能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，以滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰乔泻衔覈?guó)當(dāng)前國(guó)情的必然選擇。
預(yù)應(yīng)力碳纖維板修復(fù)結(jié)構(gòu)的工程技術(shù)是自二十世紀(jì)末開(kāi)始研究的一項(xiàng)新型補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的粘貼碳纖維板加固技術(shù)的重大改進(jìn)。傳統(tǒng)的外部粘貼式碳纖維板加固是在結(jié)構(gòu)受拉區(qū)表面粘結(jié)碳纖維板，使其與原結(jié)構(gòu)共同承受拉應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的加固。這種技術(shù)由于工藝簡(jiǎn)單、施工方便曾受到工程界的普遍青睞。但隨著研究與應(yīng)用的深入，這種加固技術(shù)逐漸被發(fā)現(xiàn)材料浪費(fèi)極大。碳纖維板彈性模量低而拉伸強(qiáng)度高，充分發(fā)揮強(qiáng)度需要1.5%以上的拉伸變形，而通常橋梁的變形限制所允許的表面應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這一變形。當(dāng)加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)這一缺陷更加顯著：鋼筋的屈服變形僅為0.18%，即便在不考慮鋼筋初始變形的條件下（結(jié)構(gòu)完全卸載的理想加固狀態(tài)）鋼筋屈服時(shí)碳纖維所能發(fā)揮的強(qiáng)度也不到12%。因此，采用傳統(tǒng)粘貼方式進(jìn)行碳纖維加固時(shí)，碳纖維板的高強(qiáng)性能僅能被利用很少的一部分，大部分的材料強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)內(nèi)都無(wú)法得到發(fā)揮[1]。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可使碳纖維在承擔(dān)結(jié)構(gòu)傳遞的荷載應(yīng)力之前就已經(jīng)處于較高應(yīng)力水平，預(yù)先發(fā)揮了一定的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了其高強(qiáng)性能的較充分利用。因此，預(yù)應(yīng)力碳纖維加固技術(shù)被認(rèn)為是傳統(tǒng)碳纖維加固技術(shù)的必然替代，在世界各國(guó)的研究人員都積極開(kāi)展了研究工作[。
作者在針對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維加固橋梁技術(shù)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)與理論研究的基礎(chǔ)上，借助位于湖南省省道207線長(zhǎng)沙市境內(nèi)的瞿家段橋加固改造的機(jī)會(huì)，對(duì)該橋?qū)嵤┝祟A(yù)應(yīng)力碳纖維板加固，并通過(guò)加固前、后不同階段的近似同參數(shù)荷載試驗(yàn)，驗(yàn)證了這一新型技術(shù)的工程應(yīng)用效果。
2工程應(yīng)用
2.1 工程概況
瞿家塅大橋位于湖南省省道207線長(zhǎng)沙市境內(nèi)，是一座建成于1962年的∏型普通鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋。全橋共有五跨，每跨跨徑長(zhǎng)為16.8m,加上兩端的引橋全橋長(zhǎng)度為100m，橋?qū)?.4m，每一跨由5片T梁組成，T梁之間由7片橫隔梁相連，具體尺寸參數(shù)如圖2所示。瞿家段橋原設(shè)計(jì)荷載為汽－15級(jí)，近年來(lái)公路運(yùn)輸發(fā)展較快，交通流量與重型車輛數(shù)量急劇增長(zhǎng)，該橋的原設(shè)計(jì)承載能力已無(wú)法滿足車輛通行需要；并且相關(guān)部門檢查發(fā)現(xiàn)該橋存在T梁開(kāi)裂、露筋，橋面鋪裝破損嚴(yán)重等較顯著病害，因此長(zhǎng)沙公路局決定對(duì)該橋進(jìn)行提載性的加固改造，將其承載能力由原汽-15級(jí)提升至公路-II級(jí)；同時(shí)對(duì)原破損的橋面、護(hù)欄進(jìn)行重建。
2.2 加固方案與施工工法
根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果可知，要將瞿家段橋承載能力由原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)汽-15提升至新標(biāo)準(zhǔn)公路-II級(jí)，原橋結(jié)構(gòu)正截面抗彎承載能力存在約707kN*m的不足。根據(jù)作者提出的預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)模型[11]，在每片T梁底部粘貼截面面積為120mm2，彈性模量為165GPa，初始應(yīng)力為1200MPa的碳纖維板，能夠提供約810kN*m的抗彎承載力，可滿足橋梁結(jié)構(gòu)的提載性加固需要。作者經(jīng)過(guò)仔細(xì)調(diào)查、測(cè)試、比較，選擇了瑞典Sika公司生產(chǎn)的Sika CarboDur S-1012型碳纖維板以及配套的Sikadur -30樹(shù)脂作為本次預(yù)應(yīng)力加固工程的材料。
粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固橋梁結(jié)構(gòu)的主要工藝如下。
1）混凝土表面處理。這一環(huán)節(jié)是為保證碳纖維板與梁體之間的良好粘結(jié)。具體分為兩個(gè)步驟：混凝土表面氧化層磨除以及風(fēng)化層鑿除；凹凸不平的部分采用打磨及環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的方式找平。
2）在需加固梁體兩端安裝碳纖維板錨具及張拉機(jī)具，碳纖維板錨具安裝如圖4(a)所示，具體步驟為：（1）在安裝錨具的位置用機(jī)械切出錨具預(yù)埋槽；（2）在預(yù)埋槽底部與錨具底板上螺孔對(duì)應(yīng)的位置植入化學(xué)錨拴；（3）在預(yù)埋槽內(nèi)填入環(huán)氧砂漿；（4）將錨具底板套入化學(xué)錨拴安入預(yù)埋槽，其上表面與結(jié)構(gòu)混凝土表面齊平。
3）在碳纖維板粘貼面及結(jié)構(gòu)混凝土表面涂抹Sika公司的配套粘結(jié)樹(shù)脂，將碳纖維板材安裝至錨具與張拉機(jī)具上并錨固。
4）張拉碳纖維板至設(shè)計(jì)初始應(yīng)力，將碳纖維板錨固于張拉機(jī)具一側(cè)的錨具，釋放預(yù)應(yīng)力，切斷碳纖維板，如圖4(b)所示。
5）拆除張拉機(jī)具，安裝附加的U形錨
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