【工程技术】混凝土结构的简支梁桥之预应力碳纤维加固

1.引言 

随着我国经济的高速增长和交通量的迅猛增加，大量的桥梁处于高负荷运行状态。混凝土桥梁结构在长期使用环境(如荷载、碳化、冻融、化学介质侵蚀等) 作用下，引起结构开裂，桥梁的承载能力降低，使用年限缩短，甚至出现桥梁坍塌情况。为了适应我国未来经济发展的需求，以节约投资和可持续发展为原则，在桥梁梁板结构功能没有完全丧失，只是性能减弱及安全度下降的情况下，对其进行补强与加固处理，达到提高其承载能力、恢复其工作性能及延长其正常使用年限效果。浙江顺畅高等级养护有限公司在杭金衢高速公路后徐桥应用了预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构技术，取得了良好的经济效益和社会效益，现将预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构施工工艺总结编制成工法。工法中涉及的预应力碳纤维加固技术课题成果经省厅鉴定，达到国际领先水平。 

2.工法特点 

采用本工法的预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构技术有如下特点： 

2.1本工法裂缝修补与结构补强同时进行，选用缓粘结灌缝胶，保证预应力张拉时灌缝胶尚未完全硬化，便于结构变形的恢复。 

2.2采用预应力碳纤维加固的混凝土结构可以抵抗各种酸、碱、盐的腐蚀，极大地降低了结构的维护费用，延长了结构的使用寿命。 

2.3本工法采用嵌入式预应力张拉技术，其特点是先锚固后张拉，以构件本身和先前的锚固作为张拉受力装置，无需复杂的张拉机具，方法简便易行。 

2.4采用预应力碳纤维加固的混凝土结构可有效提高被加固桥梁的抗弯、抗剪、抗疲劳强度，恢复挠度变形，闭合裂缝，增加刚度。 

3.适用范围 

本工法适用于处于通车状态下中小跨径（≤20m）以内的混凝土简支梁桥结构加固修补。 

4.工艺原理 

使用弹性环氧树脂结构胶对桥梁结构现有的裂缝进行灌缝，对裂缝进行初步封闭；用机械锚具将碳纤维布安装在构件的设计部位，采用嵌入式预应力张拉技术将碳纤维布张拉至设计的预拉应力，同时进行灌胶粘贴，二次锚固后拆除夹具。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恢复构件变形。同时通过张拉碳纤维布使构件变形恢复和刚度提高，对灌缝的弹性环氧树脂结构胶进行挤压，以提高裂缝封闭质量。嵌入式预应力张拉技术通过收紧夹具（图4.1-1），通过夹具的相互挤压，使纤维布收紧，从而建立预应力。

5.工艺流程和操作要点  

5.1 预应力碳纤维加固工艺流程，施工工艺流程见图5.1-1所示

5.2操作要点 

5.2.1加工锚夹具 

根据梁板加固需要制作适当数量的锚夹具，锚夹具分两种：锚固夹具（如图5.2.1-1）、张拉夹具（如图5.2.1-2）。主要材料为型钢、螺栓和钢板等。

5.2.2混凝土基层处理 

为了使预应力碳纤维与混凝土结构粘结紧密，需进行基层处理，将表面松动的混凝土打磨找平，露出密实层；混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角安装粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥50mm)并粘贴薄铁片（见图5.2.2-1），便于碳纤维布滑动。用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。 

5.2.3清理构件裂缝 

用空压机的风枪将混凝土梁板裂缝因基层处理打磨造成的浮尘清除干净，确保裂缝内无杂物，保证裂缝封闭效果。 

5.2.4安装螺栓 

按设计要求在相应位置打孔（注意控制深度，不得伤及构件的主筋或预应力筋），用于预埋螺栓；在锚固钢板和安装夹具处切割部分槽口。用压缩空气对裂缝进行清孔，螺栓孔清孔后用植筋胶（按以下方法配制：环氧树脂:固化剂:增柔剂＝20:5:1）将螺栓植入孔内。(见图5.2.4-1) 

5.2.5裂缝灌胶打底胶 

用胶纸将裂缝封住，留有部分注胶口和溢胶口对裂缝进行灌胶。用滚筒刷将底胶（按以下方法配制：环氧树脂:固化剂:增柔剂:稀释剂＝20:5:2:1.5）均匀涂刷于混凝土表面，待杂物，保证裂缝封闭效果。 

5.2.6安装碳纤维布 

按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，单节碳纤维布长度一般应在3m之内，当碳纤维布长度超过限定长度时，应设置辅助锚固点（见图5.2.6-1）；纤维布端部预先弯折，粘贴；端部穿圆钢。

待胶硬结后，用浸渍胶安装碳纤维布，步骤如下：首先在纤维布和锚固钢板处抹胶，两端持圆钢将纤维布拉直就位，盖上锚固钢板，安装紧固螺帽，将钢筋连同纤维布向外拉，同时收紧锚固钢板，以保证纤维布中各纤维束均匀受力，初步将纤维布张紧。 

5.2.7安装夹具进行张拉 

待锚固处胶硬化后，装入张拉夹具（见图5.2.7-1），在碳纤维布表面抹浸渍胶（按以下方法配制：环氧树脂:固化剂:增柔剂:稀释剂＝20:5:2:0.5），封闭纤维束间的空隙，待浸渍胶稍干硬后，用灌注胶在碳纤维布和混凝土表面间进行灌胶（见图5.2.7-2），同时施加预应力（见图5.2.7-3），为降低施工难度，保护纤维布，可在夹具处垫硬质的塑料薄膜。

5.2.8进行二次锚固粘贴 

施加预应力至设计的控制应力，进行二次锚固（见图5.2.8-1），同时安装附加锚固（附加锚固点间距一般不大于3m，且选择在基底凹陷处），充分挤压粘结层，并将挤出的粘胶均匀地涂在纤维布表面，待胶初步硬结后，表面撒中砂，便于后期抹砂浆进行表面防护处理。

5.2.9拆除夹具防护处理 

待粘结层养护完毕后，将端部的原始锚固及夹具拆除（见图5.2.9-1），并将端部多余的纤维布粘贴于构件表面（见图5.2.9-2），完成加固。

湖北中资路桥专注桥梁加固、旧桥加固、碳纤维加固、预应力碳纤维加固，技术一流，施工经验丰富，欢迎来电咨询，热线电话：027-83839779，手机：18627871158（同微信）。