鐵路T梁預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固研究

毛宇飛

（蘭州交通大學(xué)土木學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

關(guān)鍵字：預(yù)應(yīng)力碳纖維板 鐵路T梁 承載能力

0 引言

近些年，由于列車荷載的不斷提高，橋梁使用年限過長等影響，致使大量鐵路T梁出現(xiàn)問題，給鐵路運(yùn)輸及交通帶來了安全隱患。

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固是一種主動加固技術(shù)，其常用于橋梁等受彎構(gòu)件。通過對預(yù)應(yīng)力碳纖維板進(jìn)行張拉，來提高受彎構(gòu)件的承載能力，同時可以減小撓度變形并減少封閉構(gòu)件的裂縫。由于我國還沒有制定具體的鐵路加固規(guī)范，本文主要參考了公路加固的相關(guān)規(guī)范，對現(xiàn)有30t軸重的重載鐵路進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固效果研究。

1 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固機(jī)理

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固屬于后張預(yù)應(yīng)力體系，通過錨固裝置在梁體體外設(shè)置經(jīng)過張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的高強(qiáng)碳纖維板。施加此預(yù)應(yīng)力將產(chǎn)生反向的彎矩及撓度，可以抵消部分由于自重以及靜載作用下產(chǎn)生的撓度，從而改善梁體受力狀態(tài)，達(dá)到提高梁體承載能力、減小豎向撓度、改善梁體抗裂和增加耐久性的目的。

2 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工方法

施工預(yù)應(yīng)力碳纖維板可采取先中跨后邊跨的施工原則。其施工方法主要分為以下幾個步驟：鉆孔、植筋→碳纖維板現(xiàn)場下料、兩端涂覆快速粘結(jié)膠并放入錨具，擰緊螺栓→安裝已有錨具的碳纖維板→安裝千斤頂、反力塊，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉→進(jìn)行其余附屬工藝（如碳纖維板粘結(jié)、錨固區(qū)防護(hù)）。

3 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固應(yīng)用

3.1 加固T梁概況

神朔鐵路某 T梁橋?yàn)閱尉€橋。橋梁的結(jié)構(gòu)形式為單跨 32m 預(yù)應(yīng)力混凝土 T梁。橋梁全長32.6m，橋梁寬度為3.9m，由兩片等截面T型梁組成，每片T型梁寬度為1.92m，腹板厚度為0.24m，梁高為2.5m。梁體結(jié)構(gòu)材料采用C50混凝土。該橋梁原設(shè)計(jì)荷載為中-活載，現(xiàn)運(yùn)營采用重載鐵路。由于列車優(yōu)化編組，目前行駛的列車荷載造成了沿線鐵路橋梁運(yùn)營荷載過大，破損較為嚴(yán)重，在梁底出現(xiàn)大量裂縫，故采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板對T梁進(jìn)行加固。

3.2 T梁加固方案

加固采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固法，針對梁體進(jìn)行抗彎加固，碳纖維板的張拉、錨固體系布設(shè)于梁體底部。該加固施工方法不影響鐵路線的正常運(yùn)營。碳纖維板截面規(guī)格為50×3mm，單片T梁梁底為5條，單根控制張拉力為245kN，碳纖維板設(shè)計(jì)有效合力為碳纖維板1175kN，設(shè)計(jì)永存應(yīng)力為1567MPa。加固方案見圖1及圖2。

圖 1 32mT梁加固1/2立面圖

圖2 32mT梁加固1/2平面圖

3.3 T梁加固計(jì)算

3.3.1 荷載的確定

恒載根據(jù)規(guī)范恒載取值為26kN/m3；二期恒載根據(jù)圖紙計(jì)算取值為23.5kN/m3；活載原設(shè)計(jì)采用中-活載，現(xiàn)采用ZH活載，Z取1.2。

3.3.2 正截面承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

先按第一類 T形截面梁，略去構(gòu)造鋼筋影響，計(jì)算混凝土受壓區(qū)高度x=202mm ≤=275mm受壓區(qū)全部位于翼緣板內(nèi)，確實(shí)為第一類 T形截面。此時受壓區(qū)高度 h0=h -a=2500-256=2244mm。

1、正截面承載力計(jì)算

2、計(jì)算彎矩

表1 各項(xiàng)荷載在跨中產(chǎn)生的彎矩

原設(shè)計(jì)正截面承載力滿足要求。

此時承載能力不滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行加固。

3、粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板后正截面承載能力驗(yàn)算

參考《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG／T J22-2008）體外預(yù)應(yīng)力加固法。

加固后抗彎承載力

此時，加固后正截面承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本文在神朔鐵路某T梁橋進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，借鑒公路加固方法對其進(jìn)行承載力檢算，保證加固后結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性。通過檢算后可知，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固可有效提高鐵路T梁的承載能力，對于鐵路橋梁加固有一定的借鑒意義。