浅谈公路桥梁预应力碳纤维板加固施工技术 

浅谈公路桥梁预应力碳纤维板加固施工技术

摘要:随着公路交通运输量不断增加,公路桥梁负荷日趋加重,加之旧桥部分老化、破损或受原设计标准的限制,己不能适应现代交通运输的要求,迫切需要对其进行技术改造,尤其是采用加固补强等方法来恢复、提高其承载力。本文结合个

人实际经验就公路桥梁加固施工技术进行了论述。

前言

   随着我国交通量日益增加,单车重量也不断增大。为了适应道路运输载重量不断发展的要求,人们发现桥梁的混凝土开裂、剥落、衰变及钢筋的锈蚀(管道灌浆不饱满普遍存在)对桥梁的损害问题非常严重,需要大量的资金来维护或改建,现实使人们开始重视混凝土桥梁的耐久性。提高混凝土桥梁耐久性的技术途径有两个,一是采用高性能混凝土,以提高混凝土的抗渗性、匀质性、抗冻性,从而提高混凝土抵抗碳化和冷冻侵袭的能力；另外一种是提高既有桥梁耐久性的有效途

径即对缺陷桥梁进行加固改造,延长其使用寿命。

一、工程概况

   某桥为一斜腿刚架钢筋混凝土桥,1973年建成,通车至今已30多年。全桥在横桥向由六个刚架片组成,刚架片之间通过桥面连续以及横隔板连接,每个刚架片在拱脚和跨中铰接,形成三铰斜腿刚架桥。边跨梁一端直接搁置在桥台上,另一端搁置在中跨主梁端部的牛腿上。主桥计算跨径21.65M。全桥长26M,桥面净宽7M。设计荷载汽一26,拖一100。由于种种原因,桥梁结构出现了一些病害,主要

有斜腿主筋、箍筋出现锈蚀,铁锈膨胀引起混凝土保护层剥落等。

二、桥粱加固的基本方法与原则

1、加固原则

  加固设计以原桥为基础,在不改变原桥结构型式的前提下,对原桥主要受力

构件进行加固,加固设计必须考虑以下几个重点：

  1、下部结构具有足够的潜力。

  2、加固后必须要达到能通过重吨的单车的要求。

  3、因为下部是航道,所以在跨中腹板和斜腿加固过程中,应尽量保持原有净

空,不得使下部空间削减过多。

  4、对各开裂构件的表面进行修补,保证构件表面光滑而连续。  

  5、在补强的同时,应注意加固物本身自重对原桥的影响。

  6、加固后保持桥梁的整体美观。

2、加固方法

  根据目前该桥的交通情况,通过加固,将原桥设计荷载提高为能通过单车重车吨加固设计、加固施工完成后,还要对该桥进行静力荷载试验,以检测桥梁加固工程是否合格,确保其安全性。加固盖梁和桥墩,待桥墩压浆完毕,桥梁整体稳定后再进行封闭盖粱与桥墩裂缝,盖梁底部出现裂缝的部位作环氧硅,增加盖梁截面积,盖梁侧面粘贴钢板桥墩外侧先纵向粘贴碳纤维片,再环向粘贴碳纤维片将

裂缝部位封住。桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力,以延长使用年限,适应现代交通运输的要求。其改造的主要技术途径有加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等。

三、加固理论计算

   为了从整体上把握桥身在加固前各个部分在外部荷载作用下所产生的应力分布特征,找到最不利截面,为加固方案提供详细的理论依据,特利用大型有限元

计算软件ANSYS对该桥梁结构进行了数值模拟分析。

   1、计算模型采用数据

      主跨、边跨型梁截面基本尺：T梁全高；H=800MM，上翼缘宽：B1=1250MM，

翼缘高度：T=220MM；T梁下宽：B=250MM。斜腿支点附近矩形截面基本尺寸：截面高度：H=500MM，截面宽度：B=250MM，材料特性：C30混凝土强性模量：E=3.0*10MPA；混凝土泊松比：V=0.1667。钢

材泊松比：V=0.3。  

   2、有限元模型建立

      全桥横向共由六榻梁组成,各棍梁的形态结构均一致,因此,先对单榻梁以及斜腿建立有限元计算模型。考虑到主梁结构复杂,斜腿截面沿纵桥向变化,为了能更真实的反映结构的空间特性,采用8节点的solid45空间实体单元进行模拟共

划分节点6868个单元,4202个离散;

   3、支承条件

      由于加固将改变整个桥梁的支承条件,即将中跨跨中的铰接改回原设计方案中的固接,同时,将斜腿趾部的铰接改为固接,这会导致整个刚架片的应力重分布,而后的加固正是针对应力重分布后的结构进行处理的,因此,在有限元模拟加固前的结构应力分布时,各截面尺寸虽然按照加固前计算,但支承条件,在中跨跨中

和斜腿趾部按照固接计算,而其他部位按铰接算。

四、加固措施

 桥梁预应力碳纤维板张拉

   施工工艺

　　1.1主要施工工艺流程

　　1.1.1施工准备；

　　1.1.2混凝土表面处理；

　　1.1.3在安装碳纤维板张拉端和固定端构件的位置按照设计图纸要求钻孔种植高强度螺杆；

　　1.1.4螺杆固化达到设计强度后开始安装张拉端和固定端钢构件；

　　1.1.5碳纤维板粘贴面在粘贴前用丙酮擦洗干净；

　　1.1.6在碳纤维板和梁底接触面上涂抹粘结剂，锚具底板和梁底接触面上涂抹粘结剂；

　　1.1.7安装碳纤维板；

　　1.1.8张拉碳纤维板并对梁体挠度变化进行观测；

　　1.1.9张拉完毕后，在碳纤维板两侧（含碳纤维板）范围内粉5mm厚粘结剂作为碳板保护层；

　　1.1.10在固定锚具螺栓的螺帽处抹一层粘结剂，所有的金属件表面再抹一层防锈油脂，然后安装张拉

　　端与固定端锚具盖帽；

　　1.1.11在被加固的梁底两侧范围包括盖帽均采用高强度、高粘结砂浆保护涂料涂刷保护。

　　1.2主要工艺要点

　　1.2.1 施工准备

　　a、搭设施工支架、主要材料的采购及锚具钢构件的加工制造。 根据现场条件搭设适于施工的施工支架。碳纤维板与梁体粘结采用力强牌粘结剂；锚具底板和梁底接触面上涂抹力强牌粘结剂。 锚具钢构件采用厂制，锚具加工所用钢板采用15mm厚A3钢，锚固螺栓采用M8高强螺栓，张拉螺杆采用8.8级钢制M24螺杆。

　　b、施工放样。在加固的T梁表面按照设计图纸放样，确定碳纤维板和两端锚具位置。放样采用钢尺定位，根据支座位置确定设计位置。

　　c、砼凿除及表面处理

　　根据施工放样确定固定锚具和张拉端锚具的位置凿除梁体表面砼，厚度为37.5px（即锚具钢板厚度），以保证粘贴锚具表面与梁体表面水平。在碳纤维板位置处采用角磨机对梁体砼表面进行打磨，再用干布拭擦，确保粘贴面平整且无粉尘。

　　d、植螺栓施工

　　植螺栓方法：采用植筋法对螺栓进行安装，钻孔直径应与螺栓直径配套的钻头进行钻孔。

　　植螺栓用胶和螺栓：植螺栓胶用瑞士喜利得植筋胶，螺栓采用高强锚栓。

　　植螺栓定位、钻孔：在钻孔前先探明梁体钢筋位置并作记号，当钻孔与钢筋位置发生冲突时，适当调整孔位，钻孔时应垂直梁体，钻孔深度为15 cm。

　　清洁孔壁及螺栓:将吹风机喷嘴深入成孔底部并吹入洁净无油的空气，向外拉出喷嘴，反复3次； 将硬毛刷插入孔中，往返旋转清刷3次； 再将吹风机喷嘴深入成孔底部吹气，反复3次； 对要植入螺栓上的油污应进行清理；植螺栓前用丙酮擦拭孔壁、孔底和螺栓。

　　植螺栓：植筋胶采用喜利得专用注射器进行灌注，灌注量为孔深的2/3，并保证在植入螺栓后有少许胶体溢出，注入胶体后应立即单向旋转插入螺栓，直至达到设计深度，确保螺杆顶端在同一平面上，并校正螺栓的垂直度。胶体完全固化前，不得触动或振动已植螺栓，以免影响其黏结性能。

　　e、固定端锚具和张拉端锚具的制作：

　　固定端锚具和张拉端锚具采用工厂自动、半自动切割和焊接方法，切割边缘表面光滑，无毛刺、咬口等现象。 锚具黏合面采用平砂轮打磨直至露出金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，锚具黏结面应有一定的粗糙度。 锚具螺栓孔位确定与制作 :将螺杆位置印到事先准备好的胶合板上。胶合板应与锚具底板大小相同，并在板上编号并标注方向。 根据印在胶合板上螺杆的位置，用开孔器钻Ø 22mm 的孔。 将开好孔的胶合板套入螺杆上。若不行则不断修正孔，直至能顺畅地将板套入螺杆。 复测胶合板的中线应于碳板轴线基本重合。 将锚具送到铁件加工车间，依照胶合板上孔的位置在锚具底板上开孔。

　　f、固定端锚具和张拉端锚具的安装与锚固

　　锚具与混凝土间采用力强牌胶粘贴，将配好的胶体正面涂抹在清洁的混凝土和锚具黏结面上，涂胶应自上而下进行。 锚具黏结面上抹胶应中间厚两边薄，中间涂抹胶的厚度为5mm左右，将锚具预留孔平稳对准螺栓并迅速拧紧螺帽，使锚具与混凝土紧密黏合，清理挤出的多余胶体。

　　g、张拉碳纤维板

　　把锚具与碳纤维板接触的部位范围内涂上油脂。 用丙酮将碳纤维板接触混凝土构件的表面擦洗干净。在碳纤维板上抹力强牌胶粘剂，先在固定端安装上碳纤维板，然后在张拉端安装上碳纤维板和转向板。 在张拉端安装千斤顶，确保千斤顶中线与碳纤维板中线重合。千斤顶型号为FYRR-308，最大功率30T,行程210mm。 先给碳纤维板施加10%的应力，使碳纤维板绷直，然后再将力归零。记录张拉端夹具的位置，并再次检查各部件的位置。 再以20%和60%应力给碳纤维板施加预应力，每一级张拉结束后用扳手拧紧螺帽，每一级之间持荷5分钟，记录张拉端夹具的位置，比较实测值与计算值之间的偏差。 当预应力施加到100%即张拉力为220kN时计算最终碳纤维板张拉伸长值，并持荷5分钟。 张拉结束后用双螺帽固定死张拉螺杆。卸除千斤顶。 切除过长的张拉螺杆，螺帽后端留75px。

  　　h、安装盖帽 ：将锚具表面涂上一层防锈油脂,安装盖帽。

五、结束语

   总之,公路桥梁加固技术是二十一世纪公路桥梁施工领域发展速度最快、用途最广的一门科学技术。然而加固施工工艺相对较复杂，要求桥梁加固工程取长补短,不仅延长了原桥的使用寿命,同时还增强了原桥的承载能力。因此,加速我国旧桥加固或改造技术的研究,不仅能更好地、及时地为现代交通运输服务,而且

能为国家带来巨大的经济效益和社会效益.