預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)在橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)中的應(yīng)用研究

中圖分類號U448 文獻標識碼A 文章編號 2096-8949（2025）08-0110-03

0 引言

橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，隨著時間的推移，許多早期建設(shè)的橋梁由于設(shè)計標準偏低、使用環(huán)境復(fù)雜以及長期荷載作用等因素，逐漸出現(xiàn)一系列的結(jié)構(gòu)損傷問題，如箱梁底部裂縫、鋼筋銹蝕等[1]。而箱梁作為橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)之一，發(fā)生上述問題后不僅降低橋梁的承載能力和耐久性，還對交通安全構(gòu)成潛在威脅。因此，對橋梁進行及時的維修加固顯得尤為重要。在橋梁維修加固領(lǐng)域，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)作為一種新型的、高效的加固手段[2；該技術(shù)結(jié)合碳纖維材料的高強度特性與預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)勢，通過在橋梁的受拉區(qū)域黏貼碳纖維板并施加預(yù)應(yīng)力，使其與橋梁結(jié)構(gòu)共同工作，從而顯著提高結(jié)構(gòu)的承載能力和整體性能。與傳統(tǒng)的加固方法相比，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)具有施工便捷、對交通影響小、加固效果顯著等諸多優(yōu)點。

該文結(jié)合工程實例深入研究預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)在橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)中的應(yīng)用，通過對技術(shù)特點分析、加固方案設(shè)計、加固機理、施工工藝、質(zhì)量控制以及實際應(yīng)用效果等方面進行研究，以期為橋梁維修加固領(lǐng)域提供一種更為高效、可靠的加固方案，為橋梁的長期使用和交通安全提供有力保障。

1預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)在梁底部裂縫修復(fù)中的應(yīng)用

1.1工程概況

為研究預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)在梁底部裂縫修復(fù)中的應(yīng)用，該文以山西某高架橋為例展開相關(guān)研究，該工程第一聯(lián)跨徑尺寸為 3 × 4 0 m+2 × 2 8 . 5 m ，橋面整體采用瀝青混凝土鋪裝，橋面寬度為 1 6 . 5 m ，其橫向坡度為單相 2 % 。橋梁上部結(jié)構(gòu)以預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為主，為單箱5室，梁高為 1 . 8 m ，梁底采用魚腹式弧形斷面設(shè)計。橋梁的下部結(jié)構(gòu)以肋板臺為主，實體墩采用鉆孔灌注樁作為樁基礎(chǔ)，設(shè)計荷載為城市-A級。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對該橋梁箱梁底部進行查看后，發(fā)現(xiàn)其存在數(shù)條橫向裂縫，其中最大寬度接近 0 . 2 m m ，長度達到 8 . 5 m ，同時箱梁底部還存在網(wǎng)裂等情況。這些病害會隨著時間的延長繼續(xù)發(fā)展，并且對于橋梁的整體使用壽命造成一定影響[4。因此，須采取合理的處理措施進行加固，以此保證箱梁的穩(wěn)固性。

1.2預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固方案

依據(jù)預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)的特點設(shè)計橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)方案，其加固方案示意圖如圖2所示。

按照圖2的方案，利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)進行橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)，該工程使用的預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)參數(shù)如表1所示。

該方案設(shè)計目的在于：（1）首要提升底部的承載能力，將四條預(yù)應(yīng)力碳纖維板部署在箱梁的底板上；（2）有效解決區(qū)域強度問題，在發(fā)現(xiàn)鋼絞線斷裂的腹板一側(cè)，特別增設(shè)一條預(yù)應(yīng)力碳纖維板，提升其承載力。

1.3預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)施工要點

確定修復(fù)方案后，進行預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工，其整個施工步驟較多，各個步驟的施工要點如下所示：

（1）表面處理。先對修復(fù)的梁體表面進行打磨處理，確保修復(fù)區(qū)域不存在尖銳、凸起等情況，保證整體的平整度[5]。

（2）開槽成孔。錨具（張拉器）底座的安裝前，需先進行開槽處理，在該過程中需嚴格控制開槽深度，確保其略小于 3 c m 的鋼筋保護層厚度，以此避免對關(guān)鍵的梁體鋼筋造成不必要的損傷。隨后，根據(jù)精確的設(shè)定位置，采用沖擊鉆技術(shù)，確保垂直向梁體基礎(chǔ)面進行精準打孔，孔的深度被設(shè)計為略大于螺栓的實際長度，具體超出范圍控制在 之間；孔徑稍大于螺栓直徑 最大限度降低對結(jié)構(gòu)完整性的潛在影響，力求在加固的同時保護梁體的原有結(jié)構(gòu)。

（3）錨栓植入。選用高質(zhì)量的無機結(jié)構(gòu)植筋膠和錨固高強度不銹鋼材質(zhì)的螺栓桿，作為植入錨栓，以確保錨固系統(tǒng)的耐久性和抗腐蝕性達到最優(yōu)。在植筋膠充分固化，其強度完全符合設(shè)計規(guī)范后，方可進行錨具底座的精確安裝。

（4）錨具和碳纖維板安裝。該工序是加固技術(shù)的重要工序，在預(yù)先精確開鑿的槽口混凝土基底上，均勻涂抹一層特制的聚合物砂漿或修補膠，實現(xiàn)底面的精細修補與平整化處理。隨后，遵循嚴格的施工規(guī)范，將固定端與張拉端的錨具底座精準安裝至預(yù)定位置，并通過擰緊螺母確保底座的穩(wěn)固性。

在底座安裝妥當(dāng)后，采用高濃度酒精對碳纖維板上的特定區(qū)域進行細致擦洗，在該過程中需保護板面免受損傷。接著，將結(jié)構(gòu)膠涂抹在碳纖維板上，精確控制其平均厚度以及均勻性，厚度控制在 3 m m 內(nèi)，以此確保最佳的黏合效果。最后，將涂好膠的碳纖維板與錨具組件逐一安裝至底座上，并再次擰緊螺母，完成整個加固流程。

（5）張拉操作。張拉操作是該技術(shù)的核心步驟，在碳纖維板張拉作業(yè)前，首要步驟是進行預(yù)緊操作，確保碳纖維板達到緊繃平直狀態(tài)。隨后，對整體受力狀況進行全面細致的檢查，特別注意識別并消除任何受力不均的現(xiàn)象，必要時采取針對性措施進行調(diào)整，以保證力的均勻傳遞。進入張拉階段，嚴格遵守對稱性原則，確保每片T梁兩側(cè)的碳纖維板同步進行張拉作業(yè)，以維持結(jié)構(gòu)的平衡與穩(wěn)定。張拉過程采取分級實施的方式，精細控制每一階段的張拉力度。采用同步頂升千斤頂按0 1 0 % （預(yù)緊） 的張拉程序進行預(yù)應(yīng)力張拉，每個張拉的持荷時間均為 5 m i n 。為保證較好的張拉效果，需計算張拉控制應(yīng)力 （MPa），其計算公式為：

式中， E —碳纖維板的彈性模量（ ； 碳纖維板的應(yīng)變量！ （ % ）。

該文基于上述公式并結(jié)合相關(guān)參數(shù)精確的計算結(jié)果，將張拉控制力設(shè)定為 1 9 2 k N ，并嚴格以此為標準指導(dǎo)張拉作業(yè)，有效避免超張拉或張拉不足的情況，從而確保張拉質(zhì)量完全符合既定標準與要求。

張拉過程中，需嚴格控制伸長量，不可超過理論值的 6 % ，一旦超過后需立即進行檢查。為掌握伸長量的實際結(jié)果，則按照公式（2）進行計算：

式中， Δ L 一 一碳纖維板實際伸長值 （ m m ）； 初應(yīng)力至設(shè)計張拉力的實測伸長值（mm）； 初應(yīng)力以下時碳纖維板的推算伸長值（ i n m ）； L 伸長值（mm）。

預(yù)應(yīng)力碳纖維板的理論伸長值 （mm）計算公式為：

式中， F 1 張拉力（N）； A 一 碳纖維板的橫截面積（ ）。

按照上述公式嚴格控制張拉過程中的伸長量，以此避免發(fā)生過拉現(xiàn)象，保證張拉施工質(zhì)量，張拉示意圖如圖3所示。

（6）壓緊和防護。完成預(yù)應(yīng)力碳纖維板的張拉工序后，首要任務(wù)是徹底清除碳纖維板邊緣溢出的結(jié)構(gòu)膠，確保表面整潔。緊接著，安裝壓緊條以進一步穩(wěn)固碳纖維板的位置。對于單片梁上的碳纖維板施工完成后，應(yīng)及時拆卸張拉工具，隨后對整個施工區(qū)域進行全面清理，恢復(fù)現(xiàn)場整潔。為增強錨具部位的防護性能，采用環(huán)氧砂漿對固定端和張拉端的錨具進行封錨處理，有效隔絕外界環(huán)境對錨具的侵蝕。同時，在碳纖維板表面均勻涂抹一層防護膠，形成一層堅實的保護層，以抵御日常使用中可能遇到的磨損、腐蝕等不利因素，從而延長碳纖維板的使用壽命并確保其性能穩(wěn)定。

2 結(jié)果分析

利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板完成橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)后，為測試其修復(fù)效果，對修復(fù)后的橋梁箱梁進行靜載試驗，并依據(jù)鑒定性荷載試驗荷載效率 ψ 指標進行判斷，即判斷結(jié)構(gòu)是否滿足 0 . 9 5 ？ ψ ？ 1 . 0 5 ，同時撓度校驗系數(shù)是否小于1，以此判斷該技術(shù)的技術(shù)效果。靜載試驗使用的加載車輛詳情和參數(shù)詳情如圖4和表2所示。

[注：A為卡車最尾部位置（貨斗下方），B為中部位置（貨斗與前輪之間），C為駕駛室后方位置（靠近發(fā)動機艙）]

在加固后的梁體上部署測點，部署方案為等距離均勻部署，共計部署30個測點，通過靜載試驗進行測試后，獲取各個測點的荷載效率結(jié)果和撓度校驗系數(shù)結(jié)果。隨機呈現(xiàn)其中15個測點的試驗結(jié)果，如表3所示。

分析表3測試結(jié)果得出：通過預(yù)應(yīng)力碳纖維板進行橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)后，靜載荷下，梁體各個測點的荷載效率 ψ 值，滿足 0 . 9 5 ？ ψ ？ 1 . 0 5 的標準；并且撓度校驗系數(shù)均在1之內(nèi)，其中最大值為0.97。因此，通過預(yù)應(yīng)力碳纖維板能夠有效完成橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)，在靜荷載下結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生新增裂縫，整體承載力較好，滿足工程的修復(fù)需求。

3結(jié)論

為保證橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)效果，該文結(jié)合實際工程研究預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)，該技術(shù)在實際應(yīng)用時，可以根據(jù)橋梁箱梁底部裂縫的實際情況進行定制，適應(yīng)各種形狀和尺寸的加固需求。這種靈活性使得預(yù)應(yīng)力碳纖維板成為橋梁箱梁底部裂縫修復(fù)的理想選擇；通過主動施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力碳纖維板能夠顯著提高橋梁箱梁底部的剛度和抗裂性能，減少結(jié)構(gòu)變形，確保加固效果。這種主動加固方式比傳統(tǒng)的被動加固方式更為有效，能夠保證橋梁箱梁底部裂縫的有效修復(fù)。

參考文獻

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