傅原星 葉青華 周攀

摘? 要：本文探討了公路橋梁中碳纖維板加固體系的應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上分析了實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中常見的、易忽視的一些問(wèn)題原因，并提出針對(duì)性解決措施，以期進(jìn)一步優(yōu)化公路橋梁預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固體系的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;橋梁加固;預(yù)應(yīng)力;碳纖維板

中圖分類號(hào)：U445.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）08-0000-00

0 引言

近年來(lái)，通過(guò)在橋底橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維板來(lái)進(jìn)行加固的模式應(yīng)運(yùn)而生，其可以提高橋板整體剛度和承載能力。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)在高速發(fā)展的同時(shí)，其在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)能否真正實(shí)現(xiàn)預(yù)期的良好加固作用，根本在于其加固體系是否完善與合理。公路橋梁預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)近年來(lái)越來(lái)越受到重視，全國(guó)各地的應(yīng)用案例逐年增加，這對(duì)于橋梁加固技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1 張拉錨固體系概述

錨固體系是將預(yù)加載應(yīng)力的碳纖維板與加固對(duì)象（混凝土梁體）有機(jī)結(jié)合的構(gòu)件體系的總稱，是碳纖維板與被加固混凝土梁體連接與傳力的關(guān)鍵裝置。當(dāng)前，工程應(yīng)用中錨固體系一般分為兩部分：錨具和錨固裝置。錨具是用于夾持預(yù)應(yīng)力碳纖維板的構(gòu)件;錨固裝置是將錨具固定于被加固混凝土梁體的構(gòu)件[1]。

1.1 錨具概述

在預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工中，錨具（夾持碳纖維板材的端部構(gòu)造）的選擇問(wèn)題至關(guān)重要，其直接決定了體外預(yù)應(yīng)力能否施加成功?；阱^具的使用特點(diǎn)，其必須具備較高強(qiáng)度，且能夠承受足夠大噸位的張拉應(yīng)力，同時(shí)能對(duì)碳纖維板進(jìn)行有效夾，保證碳纖維板不出現(xiàn)剝離損傷等特性。目前在工程實(shí)際應(yīng)用中，碳纖維板錨具按夾持方式一般分為擠壓式錨具和夾片式錨具。其中擠壓式錨具主要有墩頭錨具、平板錨具和波形錨具。當(dāng)前，使用較為廣泛的是湖南大學(xué)吳志平團(tuán)隊(duì)研制的平板錨具和重慶大學(xué)卓靜團(tuán)隊(duì)研制的波形錨具等。而夾片式錨具主要有廣西工學(xué)院鄧?yán)誓莸然谀ψ柙硌兄崎_發(fā)的新型夾片錨具。

（1）波形錨具。波形錨具是擠壓式錨具的典型代表，其是由重慶大學(xué)卓靜在平板錨具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和研制的新型錨具。該錨具主要構(gòu)造有下鋼板、上鋼板以及錨栓。其原理主要是通過(guò)摩擦力（由螺栓提供的擠壓力產(chǎn)生）和粘結(jié)力（碳巧維板材與上、下鋼板之間膠體），對(duì)碳板進(jìn)行有效夾持。因此，該錨具不會(huì)產(chǎn)生橫向剪切力集中作用現(xiàn)象，對(duì)于抗剪性能較差的碳纖維板材具有較好的適用性。此外，該種波形錨具巧妙的將上、下鋼板內(nèi)側(cè)改為波形螺紋設(shè)計(jì)，并保證上、下兩塊鋼板齒紋相吻合，有效的加大了碳纖維板材與鋼板的作用面積，提高了錨固效果。（2）夾片錨具。夾片錨具主要構(gòu)造有上、下夾片和錨板。其原理主要是借鑒了鋼絞線張拉后夾片錨固的相關(guān)工藝，即借助對(duì)碳纖維板的張拉而連帶夾片有效楔入對(duì)應(yīng)錨板，進(jìn)而錨板產(chǎn)生足夠正壓力提供相應(yīng)摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)錨固作用。值得注意的是，該錨具巧妙的利用了楔形構(gòu)造，使得張拉力增大的同時(shí)夾片在橫向方向的正壓力逐漸變大，進(jìn)而提供對(duì)碳纖維板充足的摩擦力。另外，通過(guò)對(duì)該夾片錨具的進(jìn)一步分析，在施工方面該種夾片錨具與其他錨具有較大不同，即該種錨具在作用前需要施加一定的預(yù)緊力，保障上下兩塊夾片有效楔入，以保障后續(xù)借助楔入作用在張拉力增大的同時(shí)，產(chǎn)生足夠的摩擦力，抵抗碳纖維板材的相對(duì)滑動(dòng)。（3）對(duì)比分析。通過(guò)擠壓式波形錨具和夾片錨具的錨固性能、耐久性、施工難度等方面進(jìn)行對(duì)比，兩種主流錨具各具優(yōu)點(diǎn)：1）在受力方面，波形錨具和夾片錨具都有良好的錨固性能;2）在安全和耐久性方面，兩者都具備較好的耐久性;3）在構(gòu)造和施工便利性方面，波形錨具更具優(yōu)勢(shì)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工便利，更適用于快速加固施工。

1.2 錨固裝置

錨固裝置是將碳纖維板有效固定在被加固試件上的構(gòu)件，主要是通過(guò)錨固裝置將張拉應(yīng)力穩(wěn)定的向被加固橋梁傳遞，即錨固裝置需要有足夠強(qiáng)度承擔(dān)大噸位的張拉力，此外結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性也至關(guān)重要。長(zhǎng)期工程實(shí)際證明，對(duì)于板梁體外預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨固裝置，其尺寸允許保持在較小范圍，主要是因?yàn)樵摲N情況一般張拉應(yīng)力不大且底板空間相對(duì)有限。實(shí)際操作中，錨固裝置具體尺寸往往依據(jù)張拉噸位的大小進(jìn)行反向驗(yàn)算。具體做法上，可配置少許錨栓，方形的底鋼板，并在錨固裝置間設(shè)計(jì)鋼肋板提高承載力，進(jìn)而保障有效傳遞張拉力。

2 現(xiàn)有錨固體系存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工程應(yīng)用案例的廣泛調(diào)查和長(zhǎng)期應(yīng)用效果跟蹤，主要有以下兩方面問(wèn)題值得關(guān)注 [2]：

2.1 后張拉索對(duì)先張拉索的損失

通常現(xiàn)場(chǎng)加固時(shí)每一跨會(huì)有多根預(yù)應(yīng)力碳板，而這些碳板的張拉是逐根進(jìn)行的，因此先張拉索的預(yù)應(yīng)力在后續(xù)索張拉過(guò)程中，隨著梁體的上拱變形預(yù)應(yīng)力會(huì)損失，從而使得各索的預(yù)應(yīng)力不均勻達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。近期也有一些項(xiàng)目要求施工時(shí)各索要同步張拉，但限于設(shè)備原因，要做到同步張拉比較困難。

2.2 預(yù)應(yīng)力碳板與梁體之間的空隙大

不論使用哪種錨具，由于錨具本身的厚度至少在2.5cm以上，故在錨具處碳板與梁體表面間隙至少有1cm。由于梁板本身有一個(gè)施工上拱度和張拉拱度，而碳板在張拉過(guò)程中會(huì)促使梁板進(jìn)一步上拱，因此碳板與梁體表面的間隙越往跨中會(huì)越大。筆者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，20m空心板，張拉完成時(shí)最大間隙達(dá)到5cm。而設(shè)計(jì)文件要求碳板要緊貼梁體，使用結(jié)構(gòu)膠粘貼在一起。為了達(dá)到這個(gè)要求，施工時(shí)通常使用壓板來(lái)固結(jié)，但在固結(jié)過(guò)程中，將促使預(yù)應(yīng)力碳板的應(yīng)力增加，這與設(shè)計(jì)應(yīng)力相去甚遠(yuǎn)。

3 相關(guān)建議

基于對(duì)以上工程實(shí)際的總結(jié)分析，參考現(xiàn)有理論及技術(shù)研究，就公路橋梁預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固體系提出以下建議[3]：

3.1 著重于后張法相關(guān)研究

結(jié)合工程實(shí)際看，后張法是目前應(yīng)用最廣泛和效果相對(duì)穩(wěn)定的預(yù)應(yīng)力施加方式，各領(lǐng)域應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)其施加方式本身原理、施工方式優(yōu)化等方面的研究，以及與其相關(guān)的裝置設(shè)備的研制。

3.2 合理選擇錨固方式

當(dāng)前預(yù)應(yīng)力碳板加固相關(guān)的錨固方式多樣，且相關(guān)研究不斷深入、相關(guān)裝置持續(xù)研發(fā)。因此在實(shí)際工程中，一方面需根據(jù)實(shí)際需求、工程特點(diǎn)、成本等進(jìn)行合理選擇，保障其適用性和可行性;另一方面也應(yīng)積極嘗試成熟安全的新方法和新裝置，共同推動(dòng)碳板錨固技術(shù)的進(jìn)步。

3.3 結(jié)合實(shí)際深化碳板加固體系研究

當(dāng)前，針對(duì)橋梁碳板加固整個(gè)體系的研究較多，但多偏于理論，往往容易忽略部分常見問(wèn)題，這與實(shí)際有一定距離。因此，應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際，以解決工程問(wèn)題為導(dǎo)向，深化碳板加固研究，如：（1）在工程實(shí)際中較難實(shí)現(xiàn)同步張拉，需結(jié)合實(shí)際解決多次張拉產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失問(wèn)題;（2）預(yù)應(yīng)力碳板與梁體之間的空隙在理論研究中忽略較多，而在實(shí)際中對(duì)預(yù)應(yīng)力卻又影響較大，應(yīng)結(jié)合實(shí)際深化分析;（3）運(yùn)營(yíng)期預(yù)應(yīng)力損失比較難獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，應(yīng)探索內(nèi)置傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖陽(yáng).預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨具夾持性能試驗(yàn)研究[J].四川水泥，2017（2）：344.

[2] 田密.錨索預(yù)應(yīng)力損失與控制分析[J].交通世界，2016（31）：74-75.

[3] 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.JTG/J22-2008.公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

收稿日期：2020-07-03

基金項(xiàng)目：浙江省公路與運(yùn)輸管理中心科技計(jì)劃項(xiàng)目《空心板橋自感知預(yù)應(yīng)力碳板橫向加固和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究》（2019H20）。

作者簡(jiǎn)介：傅原星（1989—），男，浙江麗水人，大專，工程師，研究方向：橋梁工程檢測(cè)。