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摘要：文章分析了某预应力梁桥墩柱开裂破损的主要原因，重点阐述了用粘贴碳纤维加固危桥的施工方法和程序，并结合该大桥整治加固实例及其试验结论，证实了这一加固措施的可行性。
关键词：预应力梁桥；粘贴碳纤维；维修加固
预应力梁桥由于跨径适应性好，施工方便，吊装设备不高，因而在我国得到广泛应用。然而随着交通的迅速发展和荷载等级的提高，这一桥型的开裂和破坏现象较为普遍，导致承载能力下降，亟待加固整治。经对该类桥梁调查分析表明：目前预应力梁桥开裂原因主要是以下几个方面：（1）设计不合理，钢筋或混凝土性能较差，施工质量不好，未能达到设计强度要求；（2）车辆的超限运输给桥梁增加了额外的载重负担，使桥梁的设计安全度下降，同时也使桥梁的寿命大为降低；（3）桥梁在使用的过程中混凝土的干缩、徐变现象以及预应力构件的预应力损失不可避免，造成裂缝产生、构件强度降低；同时环境中有害的化学物质会对结构造成侵蚀，混凝土的碳化和裂缝会引起钢筋腐蚀等病害，以及结构的自然老化，使结构的承载能力和安全性能下降；（4）桥梁设计标准较低不能满足现行荷载等级的要求等。
用碳纤维片修复加固混凝土结构是近十年来新发展起来的混凝土结构技术，它是一种利用高科技产品对混凝土结构进行修复补强和提高结构承载能力的新方法。
一、桥梁概况及病害成因分析
（一）桥梁概况
广西高速公路某大桥，桥位处河道弯曲，路线所经处东岸为山岭地貌，西为丘陵地貌，已开垦成旱地。两岸覆盖层为粘土，下伏弱—微风化粉砂岩。路线与河流交角为123°，上部构造采用10孔20米先张法预应力混凝土空心梁，桥墩采用双柱式桥墩，桥台采用肋式埋置式桥台，钻孔桩基础。
（二）病害现状
该桥病害具体表现为：（1）桥台护坡局部损坏；（2）桥墩柱开裂，纵横方向裂缝较多；（3）箱梁连接处混凝土局部损坏；（4）部分支座钢板锈蚀，支座底部混凝土破损；（5）桥面铺装出现许多裂缝，铺装层漏水。
（三）病害成因分析
以上病害多由车辆超载引起，但需对墩柱竖向裂缝成因进行认真分析如下：
1．墩柱尺寸和材料。（1）墩柱材料为C25混凝土，其弹性模量Ec=2.8×104MPa；（2）单肢墩柱所承载的荷载，仅考虑整个上构和盖梁自重，经计算其质量为245889.91kg；（3）墩柱为变截面构件，由直径1.3m和直径1.5m，两种截面组成。为近似计算墩柱固有振动特性，墩柱截面直径分别取1.3m、1.4m和1.5m进行计算；（4）墩柱长度取值在18.60m～29.01m之间，为方便统计，每0.5m为增量计算不同长度的墩柱振动特性。
2．自振频率计算。
竖向振动频率计算公式为：
根据计算结果见表1～表3，可见频率在11.490Hz～16.599 Hz。
表 1直径取1.5m墩柱自振频率
表 2直径取1.4m墩柱自振频率
3．车流量统计。该桥车流量统计见表4。考虑车辆轴载数量，经数理统计分析，在个别情况下，轴载通行的频率在5~10Hz之间。
表 4甘棠河大桥桥历年车流量统计结果
经过裂缝的现场测量，结合理论计算墩柱自振频率，及概率统计分析甘棠河大桥历年车辆流量，墩柱自振频率和车流车轴的过通墩柱的频率接近，二者之间产生共振，而混凝土抗疲劳强度远低于设计强度，且疲劳强度的影响因素较多，以上原因为主，导致墩柱开裂。
二、整治措施
（一）1-9#桥墩粘贴两层碳纤维布
用专门配置的粘贴树脂粘贴在桥梁混凝土墩柱表面，使之与原构件形成整体共同受力。该技术的主要优点是：高强高效，可设计性强，基本不改变原结构外观，不会对原结构造成损害；运输、储存、施工更方便、快捷，容易保证施工质量而且后期维护费用低；几乎不增加结构自重和截面尺寸，不改变净空高度，对原结构几乎不会造成新的损伤；具有高的强度重量比和刚度重量比率、良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性能、热膨胀系数低等特点。粘贴碳纤维是一项新型的加固工艺，尽管施工过程较为便捷，但对于每个操作环节、环境因素及施工人员的素质要求都比较高。为确保工程质量，开工前拟定了周密的施工组织计划，具体施工步骤如下。
1．粘贴部位的基底打磨处理：（1）混凝土表层出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用聚合物水泥砂浆进行修复；（2）裂缝部分如有必要应首先进行灌缝处理；（3）用角磨机、砂纸等工具去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成弧状（R≥20mm）；（4）用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。
2．涂底层树脂CFRP。涂底层树脂，其作用是渗透至混凝土内部，以提高混凝土与碳纤维之间的粘接力。
（1）按主剂（固化劑） & （ % 的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用电力搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间。
（2）用滚筒刷均匀涂抹于混凝土表面，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准），再进行下一步施工。
3．用整平材料找平：（1）混凝土表面凹陷部位要填平，横板接头在出现
高度差的部位应填补，尽量减少高度差；（2）转角的处理也应将其修补为光滑的圆弧，半径不小于20mm。
4．粘贴碳纤维布或玻璃纤维布：（1）按设计要求的尺寸裁剪纤维布；（2）调配、搅拌粘贴树脂，然后均匀涂抹于所要粘贴的部位，在混凝土搭接、伤角等部位要多涂抹一些；3）粘贴纤维布用特制的滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使树脂充分浸透纤维布。多层粘贴应重复上述步骤，等纤维表面指触干燥后可进行下一层的粘贴；4）在最后一层纤维布的表面均匀涂抹树脂。
（二）1-9#梁加固
1-9#梁底粘贴8mm钢板加固，并植入Φ12钢筋，植入深度30cm；1-9#梁顶侧面粘贴工28a钢板加固，并植入Φ202钢筋，植入深度40cm.2.2.2。
采用粘结剂及锚栓，将钢板锚固在混凝土结构的受拉边缘或薄弱位置，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，达到提高梁的承载力的目的。特点一是不需要改变被加固的原结构的尺寸；二是施工工艺简单，施工质量较好控制。
（三）其它部分修复
对桥台护坡进行维修；修补箱梁连接处局部损坏的混凝土；并对支座钢板进行防锈处理，并修复支座底部附近的混凝土，恢复梁体自由伸缩功能。
三、荷载试验及结论
（一）试验检测内容
在试验荷载作用下，测量L/4、L/2、3/4及梁支座处的挠度。
（二）试验结论
通过荷载试验检测，加固补强后的该大桥在最大试验荷载作用下，梁桥控制截面的实测应力平均值小于对应的设计计算值，挠度值远小于规范允许值，且残余值小，恢复较好。表明该桥跨结构具有一定的强度和较大的刚度，工作在弹性范围内。符合结构受力特点，现有结构与设计状态相符，其承载能力和工作性能均满足整治加固的设计标准和使用要求。
四、结语
危旧桥整治与加固已成为目前我国公路养护的一项日益繁重而紧迫的工作。在早期建设的大量桥梁中，有一大部分桥梁已经达到设计使用年限或者由于荷载等级不足或者由于设计和施工本身的原因而面临废弃。在这种情况下，寻求实用而便捷的加固整治方法和施工工艺，在不中断交通的情况下，对原桥进行整治加固，以提高其使用寿命和承载能力，十分必要。以上介绍的碳纤维、钢板、植筋加固预应力梁桥只是一种探索和尝试，随着新材料、新工艺的不断出现，危旧桥整治与加固必将呈现一片广阔的天地。
参考文献
[1]杨文斌．碳纤维复合材料在桥梁加固中的应用．市政设施管理，2010，（3）．
[2]常海芹．碳纤维材料在桥梁加固中的应用．华东公路，2009，（2）．
[3]杨晓丹．外粘钢板加固混凝土梁的性能分析[J]．低温建筑技术，2001，（2）.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：预应力梁桥；粘贴碳纤维；维修加固
预应力梁桥由于跨径适应性好，施工方便，吊装设备不高，因而在我国得到广泛应用。然而随着交通的迅速发展和荷载等级的提高，这一桥型的开裂和破坏现象较为普遍，导致承载能力下降，亟待加固整治。经对该类桥梁调查分析表明：目前预应力梁桥开裂原因主要是以下几个方面：（1）设计不合理，钢筋或混凝土性能较差，施工质量不好，未能达到设计强度要求；（2）车辆的超限运输给桥梁增加了额外的载重负担，使桥梁的设计安全度下降，同时也使桥梁的寿命大为降低；（3）桥梁在使用的过程中混凝土的干缩、徐变现象以及预应力构件的预应力损失不可避免，造成裂缝产生、构件强度降低；同时环境中有害的化学物质会对结构造成侵蚀，混凝土的碳化和裂缝会引起钢筋腐蚀等病害，以及结构的自然老化，使结构的承载能力和安全性能下降；（4）桥梁设计标准较低不能满足现行荷载等级的要求等。
用碳纤维片修复加固混凝土结构是近十年来新发展起来的混凝土结构技术，它是一种利用高科技产品对混凝土结构进行修复补强和提高结构承载能力的新方法。
一、桥梁概况及病害成因分析
（一）桥梁概况
广西高速公路某大桥，桥位处河道弯曲，路线所经处东岸为山岭地貌，西为丘陵地貌，已开垦成旱地。两岸覆盖层为粘土，下伏弱—微风化粉砂岩。路线与河流交角为123°，上部构造采用10孔20米先张法预应力混凝土空心梁，桥墩采用双柱式桥墩，桥台采用肋式埋置式桥台，钻孔桩基础。
（二）病害现状
该桥病害具体表现为：（1）桥台护坡局部损坏；（2）桥墩柱开裂，纵横方向裂缝较多；（3）箱梁连接处混凝土局部损坏；（4）部分支座钢板锈蚀，支座底部混凝土破损；（5）桥面铺装出现许多裂缝，铺装层漏水。
（三）病害成因分析
以上病害多由车辆超载引起，但需对墩柱竖向裂缝成因进行认真分析如下：
1．墩柱尺寸和材料。（1）墩柱材料为C25混凝土，其弹性模量Ec=2.8×104MPa；（2）单肢墩柱所承载的荷载，仅考虑整个上构和盖梁自重，经计算其质量为245889.91kg；（3）墩柱为变截面构件，由直径1.3m和直径1.5m，两种截面组成。为近似计算墩柱固有振动特性，墩柱截面直径分别取1.3m、1.4m和1.5m进行计算；（4）墩柱长度取值在18.60m～29.01m之间，为方便统计，每0.5m为增量计算不同长度的墩柱振动特性。
2．自振频率计算。
竖向振动频率计算公式为：
根据计算结果见表1～表3，可见频率在11.490Hz～16.599 Hz。
表 1直径取1.5m墩柱自振频率
表 2直径取1.4m墩柱自振频率
3．车流量统计。该桥车流量统计见表4。考虑车辆轴载数量，经数理统计分析，在个别情况下，轴载通行的频率在5~10Hz之间。
表 4甘棠河大桥桥历年车流量统计结果
经过裂缝的现场测量，结合理论计算墩柱自振频率，及概率统计分析甘棠河大桥历年车辆流量，墩柱自振频率和车流车轴的过通墩柱的频率接近，二者之间产生共振，而混凝土抗疲劳强度远低于设计强度，且疲劳强度的影响因素较多，以上原因为主，导致墩柱开裂。
二、整治措施
（一）1-9#桥墩粘贴两层碳纤维布
用专门配置的粘贴树脂粘贴在桥梁混凝土墩柱表面，使之与原构件形成整体共同受力。该技术的主要优点是：高强高效，可设计性强，基本不改变原结构外观，不会对原结构造成损害；运输、储存、施工更方便、快捷，容易保证施工质量而且后期维护费用低；几乎不增加结构自重和截面尺寸，不改变净空高度，对原结构几乎不会造成新的损伤；具有高的强度重量比和刚度重量比率、良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性能、热膨胀系数低等特点。粘贴碳纤维是一项新型的加固工艺，尽管施工过程较为便捷，但对于每个操作环节、环境因素及施工人员的素质要求都比较高。为确保工程质量，开工前拟定了周密的施工组织计划，具体施工步骤如下。
1．粘贴部位的基底打磨处理：（1）混凝土表层出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用聚合物水泥砂浆进行修复；（2）裂缝部分如有必要应首先进行灌缝处理；（3）用角磨机、砂纸等工具去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成弧状（R≥20mm）；（4）用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。
2．涂底层树脂CFRP。涂底层树脂，其作用是渗透至混凝土内部，以提高混凝土与碳纤维之间的粘接力。
（1）按主剂（固化劑） & （ % 的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用电力搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间。
（2）用滚筒刷均匀涂抹于混凝土表面，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准），再进行下一步施工。
3．用整平材料找平：（1）混凝土表面凹陷部位要填平，横板接头在出现
高度差的部位应填补，尽量减少高度差；（2）转角的处理也应将其修补为光滑的圆弧，半径不小于20mm。
4．粘贴碳纤维布或玻璃纤维布：（1）按设计要求的尺寸裁剪纤维布；（2）调配、搅拌粘贴树脂，然后均匀涂抹于所要粘贴的部位，在混凝土搭接、伤角等部位要多涂抹一些；3）粘贴纤维布用特制的滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使树脂充分浸透纤维布。多层粘贴应重复上述步骤，等纤维表面指触干燥后可进行下一层的粘贴；4）在最后一层纤维布的表面均匀涂抹树脂。
（二）1-9#梁加固
1-9#梁底粘贴8mm钢板加固，并植入Φ12钢筋，植入深度30cm；1-9#梁顶侧面粘贴工28a钢板加固，并植入Φ202钢筋，植入深度40cm.2.2.2。
采用粘结剂及锚栓，将钢板锚固在混凝土结构的受拉边缘或薄弱位置，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，达到提高梁的承载力的目的。特点一是不需要改变被加固的原结构的尺寸；二是施工工艺简单，施工质量较好控制。
（三）其它部分修复
对桥台护坡进行维修；修补箱梁连接处局部损坏的混凝土；并对支座钢板进行防锈处理，并修复支座底部附近的混凝土，恢复梁体自由伸缩功能。
三、荷载试验及结论
（一）试验检测内容
在试验荷载作用下，测量L/4、L/2、3/4及梁支座处的挠度。
（二）试验结论
通过荷载试验检测，加固补强后的该大桥在最大试验荷载作用下，梁桥控制截面的实测应力平均值小于对应的设计计算值，挠度值远小于规范允许值，且残余值小，恢复较好。表明该桥跨结构具有一定的强度和较大的刚度，工作在弹性范围内。符合结构受力特点，现有结构与设计状态相符，其承载能力和工作性能均满足整治加固的设计标准和使用要求。
四、结语
危旧桥整治与加固已成为目前我国公路养护的一项日益繁重而紧迫的工作。在早期建设的大量桥梁中，有一大部分桥梁已经达到设计使用年限或者由于荷载等级不足或者由于设计和施工本身的原因而面临废弃。在这种情况下，寻求实用而便捷的加固整治方法和施工工艺，在不中断交通的情况下，对原桥进行整治加固，以提高其使用寿命和承载能力，十分必要。以上介绍的碳纤维、钢板、植筋加固预应力梁桥只是一种探索和尝试，随着新材料、新工艺的不断出现，危旧桥整治与加固必将呈现一片广阔的天地。
参考文献
[1]杨文斌．碳纤维复合材料在桥梁加固中的应用．市政设施管理，2010，（3）．
[2]常海芹．碳纤维材料在桥梁加固中的应用．华东公路，2009，（2）．
[3]杨晓丹．外粘钢板加固混凝土梁的性能分析[J]．低温建筑技术，2001，（2）.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。