隨著我國經(jīng)濟實力的不斷增強以及人民生活水平的不斷提高，現(xiàn)有的交通基礎設施已難以滿足巨大的人口基數(shù)以及日益繁榮的社會生產(chǎn)經(jīng)濟活動的需求。國家在交通基礎設施的建設上投入了巨大的資源，交通部門計劃在現(xiàn)有的2.1萬億公路建設投資規(guī)模（至2020年）的基礎上再增加2萬億以上規(guī)模的投資，在現(xiàn)有建設基礎上進一步加強公路、橋梁等骨干交通網(wǎng)絡的建設力度。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，城市化與交通網(wǎng)絡化進程的發(fā)展速度正在不斷加快。另一方面，越來越多橋梁得到建設的同時，大量建于較早時期的舊橋其養(yǎng)護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法滿足安全運營的需要。為了合理的分配有限的公路建設資金，節(jié)省國家交通建設資源，挖掘在役舊橋的承載潛力，研究開發(fā)新型的橋梁加固技術與材料，并在病危舊橋的加固工程中合理的加以應用，恢復和提高舊橋的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命，以滿足現(xiàn)代化交通運輸?shù)男枰�，是切合我國當前國情的必然選擇。
預應力碳纖維板修復結構的工程技術是自二十世紀末開始研究的一項新型補強技術，是對傳統(tǒng)的粘貼碳纖維板加固技術的重大改進。傳統(tǒng)的外部粘貼式碳纖維板加固是在結構受拉區(qū)表面粘結碳纖維板，使其與原結構共同承受拉應力，從而實現(xiàn)對結構的加固。這種技術由于工藝簡單、施工方便曾受到工程界的普遍青睞。但隨著研究與應用的深入，這種加固技術逐漸被發(fā)現(xiàn)材料浪費極大。碳纖維板彈性模量低而拉伸強度高，充分發(fā)揮強度需要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變遠遠小于這一變形。當加固鋼筋混凝土結構時這一缺陷更加顯著：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（結構完全卸載的理想加固狀態(tài)）鋼筋屈服時碳纖維所能發(fā)揮的強度也不到12%。因此，采用傳統(tǒng)粘貼方式進行碳纖維加固時，碳纖維板的高強性能僅能被利用很少的一部分，大部分的材料強度在結構的正常使用極限狀態(tài)內(nèi)都無法得到發(fā)揮[1]。預應力加固技術可使碳纖維在承擔結構傳遞的荷載應力之前就已經(jīng)處于較高應力水平，預先發(fā)揮了一定的強度，從而實現(xiàn)了其高強性能的較充分利用。因此，預應力碳纖維加固技術被認為是傳統(tǒng)碳纖維加固技術的必然替代，在世界各國的研究人員都積極開展了研究工作[。
作者在針對預應力碳纖維加固橋梁技術進行了大量實驗與理論研究的基礎上，借助位于湖南省省道207線長沙市境內(nèi)的瞿家段橋加固改造的機會，對該橋?qū)嵤┝祟A應力碳纖維板加固，并通過加固前、后不同階段的近似同參數(shù)荷載試驗，驗證了這一新型技術的工程應用效果。
2工程應用
2.1 工程概況
瞿家塅大橋位于湖南省省道207線長沙市境內(nèi)，是一座建成于1962年的∏型普通鋼筋混凝土簡支梁橋。全橋共有五跨，每跨跨徑長為16.8m,加上兩端的引橋全橋長度為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。瞿家段橋原設計荷載為汽－15級，近年來公路運輸發(fā)展較快，交通流量與重型車輛數(shù)量急劇增長，該橋的原設計承載能力已無法滿足車輛通行需要；并且相關部門檢查發(fā)現(xiàn)該橋存在T梁開裂、露筋，橋面鋪裝破損嚴重等較顯著病害，因此長沙公路局決定對該橋進行提載性的加固改造，將其承載能力由原汽-15級提升至公路-II級；同時對原破損的橋面、護欄進行重建。
2.2 加固方案與施工工法
根據(jù)計算分析結果可知，要將瞿家段橋承載能力由原設計標準汽-15提升至新標準公路-II級，原橋結構正截面抗彎承載能力存在約707kN*m的不足。根據(jù)作者提出的預應力碳纖維板加固橋梁結構力學模型[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，可滿足橋梁結構的提載性加固需要。作者經(jīng)過仔細調(diào)查、測試、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樹脂作為本次預應力加固工程的材料。
粘貼預應力碳纖維板加固橋梁結構的主要工藝如下。
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。具體分為兩個步驟：混凝土表面氧化層磨除以及風化層鑿除；凹凸不平的部分采用打磨及環(huán)氧砂漿修補的方式找平。
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械切出錨具預埋槽；（2）在預埋槽底部與錨具底板上螺孔對應的位置植入化學錨拴；（3）在預埋槽內(nèi)填入環(huán)氧砂漿；（4）將錨具底板套入化學錨拴安入預埋槽，其上表面與結構混凝土表面齊平。
3）在碳纖維板粘貼面及結構混凝土表面涂抹Sika公司的配套粘結樹脂，將碳纖維板材安裝至錨具與張拉機具上并錨固。
4）張拉碳纖維板至設計初始應力，將碳纖維板錨固于張拉機具一側的錨具，釋放預應力，切斷碳纖維板，如圖4(b)所示。
5）拆除張拉機具，安裝附加的U形錨
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