淺析預應力碳纖維板在橋梁加固中的應用

潘鋼山

摘 要：該文通過對預應力碳纖維板的設計考慮因素、板材要求及施工工藝三個方面粗略介紹，說明其在橋梁加固中的應用及前景，以方便各位同行在今后的加固中不斷改進工藝，從而實現(xiàn)最終的市場普及化。

關鍵詞：預應力碳纖維板 加固 施工工藝

中圖分類號：TU757 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0090-01

在橋梁加固中，目前多采用非預應力碳纖維加固技術，其原理為是在結構受拉區(qū)域用環(huán)氧樹脂膠粘貼碳纖維布或板，使其與混凝土共同受力，但該項加固工藝對碳纖維材料的利用率極低，以碳纖維板為例：其彈性模量約為170 GPa，抗拉強度約為2800 MPa，若要發(fā)揮抗拉強度則需要 1.7%的拉伸應變；而鋼筋的彈性模量多為 200 GPa，抗拉強度約為500 MPa左右，鋼筋屈服時拉伸應變約0.15%。當碳纖維板材與構件內(nèi)部鋼筋共同工作時，不考慮鋼筋原有的初始應變，鋼筋屈服時碳纖維板材所能發(fā)揮的強度也僅為抗拉強度的 10%，而如果在碳纖維發(fā)揮全部強度所需要的 1.7% 的應變下，混凝土結構就已經(jīng)發(fā)生破壞，由此看出，碳纖維材料彈性模量與鋼筋相近，但強度是鋼筋的5倍，因此碳纖維材料發(fā)揮其強度時變形較大，鋼筋屈服或混凝土破壞時，碳纖維的強度還沒有充分發(fā)揮出來，預應力碳纖維加固技術可較好的解決這個問題，大大提高碳纖維材料的利用率。

那么，如何才能實現(xiàn)預應力碳纖維板的強度最大化呢？這就要求我們對碳纖維板進行預應力張拉，從而最大限度的實現(xiàn)強度最大化。由預應力鋼筋及鋼絞線張拉原理我們不難得出，碳纖維板的張拉同樣需要張拉臺座及相應的夾具。

1 臺座和夾具設計過程中應考慮的因素

1）安全可靠。安全永遠是第一位的，只有確保安全可靠才能實現(xiàn)利益最大化，那么就要求我們的臺座必須具有足夠的穩(wěn)定性、滿足一定的強度及剛度要求，只有這樣臺座才不會出現(xiàn)滑移及扭曲變形等情況，從而達到安全可靠的要求；而夾具的安全則表現(xiàn)在其應有足夠的咬合力，而咬合力的實現(xiàn)必須要求夾具也具備一定的強度、剛度，只有這樣才能保證夾具在咬合過程中的牢固性才，從而保證其安全可靠。

2）安裝簡便。設計的臺座及夾具應方便在現(xiàn)場進行安裝，安裝時對原結 構損傷小，占用空間小，且能在狹小空間進行安裝作業(yè)，這就要求我們在對臺座、夾具的設計過程中應盡量選用優(yōu)質鋼材，且設計過程中應盡量減小截面面積，在保證安全可靠的情況下使得臺座、夾具的最小化，從而間接使得安裝簡便。

3）經(jīng)濟性。經(jīng)濟性考慮要從臺座、夾具的最小化以及碳纖維板強度的最大化入手，因為只有保證臺座、夾具的最小化才能節(jié)約現(xiàn)場安裝的簡便和材料用量的最小化，間接提高經(jīng)濟性，而碳纖維板強度的最大化則是經(jīng)濟性的最好體現(xiàn)，因為在正常的加固施工過程中碳纖維板的用量相對較大，如果我們把其強度最大化，則變相的減少了碳纖維板的用量，從而節(jié)約了材料成本，從而實現(xiàn)經(jīng)濟利益的最大化。

4）應能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。由于在加固過程中臺座、夾具多永久放置在橋梁上，且每個項目的用量可能會比較大，而且從長遠的觀點來看，對于臺座及夾具應進行批量生產(chǎn)，減少因單獨定做而造成的資金浪費。

5）應做到標準化。由于現(xiàn)有的規(guī)范對于預應力碳纖維板的施工技術還沒有明確的進行規(guī)范，所以作為我們企業(yè)來講，應將其標準化，明確夾具、臺座的設計、施工及各項工藝流程和標準，從而保證大家都能夠按照標準化的要求進行現(xiàn)場的加固，為以后行業(yè)標準或國家標準的出臺提供前期的技術、資料支持。

2 預應力碳纖維板要求

由于現(xiàn)有規(guī)范沒有對預應力碳纖維板做相應的規(guī)范要求，故我們采用邊試驗邊摸索的方式，總結成功及失敗的經(jīng)驗，不斷的積累。通過一系列的試驗我們發(fā)現(xiàn)普通的碳纖維板在張拉的過程中易于斷裂，為此，我們找了廠家前來共同查找原因，到底是我們設計問題，還是材料的質量問題，后來通過廠家的介紹后得知，普通的碳纖維板在制造過程中允許存在一定的接頭，也就是說存在一定的斷點，而我們在張拉的過程中則可能出現(xiàn)接頭處應力不足，導致碳纖維板瞬間出現(xiàn)斷裂，查找到此原因后，我們要求廠家在預應力碳纖維板支座過程中要求板材在100 m范圍內(nèi)不允許出現(xiàn)接頭，從而保證在張拉過程中不出現(xiàn)意外斷裂現(xiàn)象，以保證施工質量。

3 施工工藝

3.1 臺座及夾具安裝

在對碳纖維板進行張拉之前應確保按圖施工，在安裝臺座和夾具之前，為了保證牢固性需要在橋梁加固部位鉆孔，但為了不破壞原有的鋼筋結構，在鉆孔前我們先按照圖紙的要求進行現(xiàn)場放樣，同時應查閱原有的竣工圖紙，大概了解鋼筋的分布情況，然后用鋼筋位置測定儀對各種鋼筋位置進行現(xiàn)場標定，確保在鉆孔過程中不觸及到梁體的原有鋼筋，從而達到鉆孔要求。

3.2 碳纖維板涂膠及張拉

碳纖維板的張拉效果是決定加固效果的成敗，因此，應作為重要工序進行相應的技術、組織措施，為此，應先對碳纖維板施加10%的張拉強度，對其進行初張拉，然后卸載后進行滿碳纖維板涂膠處理，最后逐級進行張拉，直至達到張拉要求，最后進行超張拉，從而確保強度要求。

3.3 臺座及夾具防腐處理

臺座及夾具的防腐也是我們的工作重點。因為后期防腐出現(xiàn)問題，勢必會影響造成碳纖維板預應力松弛，，為此，我們在張拉完成后應對其外圍進行了防腐處理，以保證其長期有效工作。

從以上三個方面粗略的介紹了預應力碳纖維板在橋梁加固中的應用情況。希望通過以上幾個情況的介紹讓大家對預應力碳纖維板技術有個大致的了解，也為后期的市場化作鋪墊。雖然說現(xiàn)在國內(nèi)已有不少家都已研發(fā)和生產(chǎn)了相應的臺座和夾具，但從我內(nèi)心來講是能夠將該項技術真正的市場化和規(guī)范化，從而更好的為我國的橋梁維修加固工作作出應有的貢獻。

參考文獻

[1] 碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規(guī)程（CECS 146：2003）中國工程建設標準化協(xié)會[S].

[2] 王凡.橋梁預應力混凝土施工技術及標準規(guī)范實施手冊[M].吉林電子出版社，2004.

[3] 彭暉，尚守平，金勇俊，等.預應力碳纖維板加固受彎構架的試驗研究[J].工程力學，2008（5）.

[4] 陳華南，張鵬，鄧朗妮.預應力碳纖維加固鋼筋混凝土梁的設計及應用[J].建筑科學，2010.endprint