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深圳市市政设计研究院有限公司 广东 深圳 518000
【摘 要】随着我桥梁的不断建设与改造，特别是新旧桥梁连接加固，其加固设计方案直接影响到桥梁的安全可靠性。本文主要对纤维复合材料的受力及计算要点进行阐述，根据桥梁的特征制定了相应的加固设计方案，另外对T型梁桥加固前与加固后的验算，结果证明碳纤维加固设计优点突出。
【关键词】T梁；加固设计方案；设计方案；验算
引言
随着我国经济的快速发展，国省道路也不断在调整，只为更高效的为经济助跑。公路改建后的桥梁荷载等级已不能满足于要求，因此需要对桥梁的结构进行加固。加固所用的纤维加固桥梁构件相对传统的加固方法，具有轻质、耐腐蚀、耐久性好、抗冲击等优点，并且施工简便，不需要大型的机械等，目前碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维布已广泛应用于桥梁维修加固工程中。
一、工程概况
某桥梁工程桥面净宽为10.00m，T梁梁高1.5m，翼缘板厚0.15m；两侧设有0.5m防撞护栏，腹板厚度在跨中等高度段采用0.18m。
二、碳纤维板加固
桥梁加固主要是提高构件的抗弯承载力、抗剪承载力以及受压构件的轴向抗压承载力，从而提高构件的刚度及延性。桥梁加固工程中的碳纤维板材应用，可以达到其加固目的。
（1）加固受力特点分析
①碳纤维板加固旧桥可以保持小幅度地改变桥梁原有结构的应力分布，确保设计荷载范围内与原结构共同受力。
②碳纤维板具有抗拉性能，利用粘结材料将其粘贴到梁体底面或箱梁内壁上，与原结构共同受力，也就是碳纤维板可以与原结构内布置的钢筋一道共同承受拉力，以提高旧桥的承载能力。
③沿主拉应力方向，或与裂缝正交方向，粘贴碳纤维板，两端分别设置锚固端，据此可约束混凝土表面裂缝防止裂缝再扩展从而达到提高构件抗弯刚度、减少构件挠度、改善梁体受力状态的目的。
④试验研究证实，碳纤维板能够提高混凝土梁抗剪承载力，其作用机理与箍筋类似，同时还能明显改善构件的变形性能，增强构件抗变形能力。
（2）碳纤维板力加固设计计算要点
①加固前结构计算
单片梁分为32个单元，本次计算对最不利横向分布系数汽车0.769、挂车0.440的边跨进行验算。
最大弯矩及抗力对应内力图
②碳纤维板加固用量估算
按照《公路桥梁加固设计规范》第7.6.2、7.6.7规定：
（7.6.2-1）
混凝土受压区高度和受拉面纤维复合材料拉应变按下列公式联立求解：
（7.6.2-2）
（7.6.2-3）
（7.6.7-1）
（7.6.7-2）
（7.6.7-3）
计算可得，受压高度x=0.39m（x<εh=0.657），εf=0.00685，所需碳纤维板的面积为A =0.002011m2（即厚度2.3mm、宽度0.3m碳纤维板共3层）。
α=45°，n=2（腹板两侧），b=0.15m，s=0.6m所需斜向碳纤维板为厚度2.3mm、宽度0.15m、纵向间距0.6m碳纤维板共1层。
③加固后主梁立面图
除按估算的碳纤维板加固用还必须考虑必要的锚固长度和搭接长度所需面积，以及必要的边、角废料等裁剪损耗等。粘贴碳纤维板加固桥梁结构材料，其主要力学性能和指标，加固设计的构造要求及计算方法。
④加固后结构计算
采用碳纤维板加固旧桥，其验算方法一般是将碳纤维板按照一定的标准例如允许应力标准，近似换算成一定用量的钢筋，然后，按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行理论分析，虽然是近似计算方法，但是，理论分析结果与实验数据完全吻合。因此在一般情况下是适用的。
换算后正截面抗弯强度验算正截面抗弯强度验算表
单元号 节点号 内力
属性 Mj 极限
抗力 受力
类型 是否
满足 最小配筋率
是否满足
15 15 最大
弯矩 4.60E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.72E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
16 16 最大
弯矩 4.70E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.76E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
17 17 最大
弯矩 4.72E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.78E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
18 18 最大
弯矩 4.68E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.76E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最大弯矩及抗力对应内力图
最大剪力及抗力对应内力图
使用极限状态裂缝宽度验算表（mm）
挠度验算
节点号 荷载短期效应组合
长期竖向挠度（mm） 消除结构自重后
结构挠度（mm） 计算跨径的
1/600（mm） 挠度验算
17（跨中截面） -28 -9.66 -33.27 满足规范
【摘 要】随着我桥梁的不断建设与改造，特别是新旧桥梁连接加固，其加固设计方案直接影响到桥梁的安全可靠性。本文主要对纤维复合材料的受力及计算要点进行阐述，根据桥梁的特征制定了相应的加固设计方案，另外对T型梁桥加固前与加固后的验算，结果证明碳纤维加固设计优点突出。
【关键词】T梁；加固设计方案；设计方案；验算
引言
随着我国经济的快速发展，国省道路也不断在调整，只为更高效的为经济助跑。公路改建后的桥梁荷载等级已不能满足于要求，因此需要对桥梁的结构进行加固。加固所用的纤维加固桥梁构件相对传统的加固方法，具有轻质、耐腐蚀、耐久性好、抗冲击等优点，并且施工简便，不需要大型的机械等，目前碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维布已广泛应用于桥梁维修加固工程中。
一、工程概况
某桥梁工程桥面净宽为10.00m，T梁梁高1.5m，翼缘板厚0.15m；两侧设有0.5m防撞护栏，腹板厚度在跨中等高度段采用0.18m。
二、碳纤维板加固
桥梁加固主要是提高构件的抗弯承载力、抗剪承载力以及受压构件的轴向抗压承载力，从而提高构件的刚度及延性。桥梁加固工程中的碳纤维板材应用，可以达到其加固目的。
（1）加固受力特点分析
①碳纤维板加固旧桥可以保持小幅度地改变桥梁原有结构的应力分布，确保设计荷载范围内与原结构共同受力。
②碳纤维板具有抗拉性能，利用粘结材料将其粘贴到梁体底面或箱梁内壁上，与原结构共同受力，也就是碳纤维板可以与原结构内布置的钢筋一道共同承受拉力，以提高旧桥的承载能力。
③沿主拉应力方向，或与裂缝正交方向，粘贴碳纤维板，两端分别设置锚固端，据此可约束混凝土表面裂缝防止裂缝再扩展从而达到提高构件抗弯刚度、减少构件挠度、改善梁体受力状态的目的。
④试验研究证实，碳纤维板能够提高混凝土梁抗剪承载力，其作用机理与箍筋类似，同时还能明显改善构件的变形性能，增强构件抗变形能力。
（2）碳纤维板力加固设计计算要点
①加固前结构计算
单片梁分为32个单元，本次计算对最不利横向分布系数汽车0.769、挂车0.440的边跨进行验算。
最大弯矩及抗力对应内力图
②碳纤维板加固用量估算
按照《公路桥梁加固设计规范》第7.6.2、7.6.7规定：
（7.6.2-1）
混凝土受压区高度和受拉面纤维复合材料拉应变按下列公式联立求解：
（7.6.2-2）
（7.6.2-3）
（7.6.7-1）
（7.6.7-2）
（7.6.7-3）
计算可得，受压高度x=0.39m（x<εh=0.657），εf=0.00685，所需碳纤维板的面积为A =0.002011m2（即厚度2.3mm、宽度0.3m碳纤维板共3层）。
α=45°，n=2（腹板两侧），b=0.15m，s=0.6m所需斜向碳纤维板为厚度2.3mm、宽度0.15m、纵向间距0.6m碳纤维板共1层。
③加固后主梁立面图
除按估算的碳纤维板加固用还必须考虑必要的锚固长度和搭接长度所需面积，以及必要的边、角废料等裁剪损耗等。粘贴碳纤维板加固桥梁结构材料，其主要力学性能和指标，加固设计的构造要求及计算方法。
④加固后结构计算
采用碳纤维板加固旧桥，其验算方法一般是将碳纤维板按照一定的标准例如允许应力标准，近似换算成一定用量的钢筋，然后，按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行理论分析，虽然是近似计算方法，但是，理论分析结果与实验数据完全吻合。因此在一般情况下是适用的。
换算后正截面抗弯强度验算正截面抗弯强度验算表
单元号 节点号 内力
属性 Mj 极限
抗力 受力
类型 是否
满足 最小配筋率
是否满足
15 15 最大
弯矩 4.60E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.72E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
16 16 最大
弯矩 4.70E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.76E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
17 17 最大
弯矩 4.72E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.78E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
18 18 最大
弯矩 4.68E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最小
弯矩 1.76E+03 5.17E+03 下拉
受弯 是 是
最大弯矩及抗力对应内力图
最大剪力及抗力对应内力图
使用极限状态裂缝宽度验算表（mm）
挠度验算
节点号 荷载短期效应组合
长期竖向挠度（mm） 消除结构自重后
结构挠度（mm） 计算跨径的
1/600（mm） 挠度验算
17（跨中截面） -28 -9.66 -33.27 满足规范