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【摘 要】本文介绍了纤维复合材料的受力分析及计算要点，然后根据过路滩大桥的特点制定了相应加固设计方案，并根据我国《公路桥梁加固设计规范》进行了T梁加固之前的结构验算及加固后的T梁加固验算，结果表明碳纤维加固设计有十分显著的优点。
【关键词】T梁；设计方案；加固；验算
1.概述
本桥位于香客岩水电站下游处，桥全长165.2米。老桥为：8*20m钢筋混凝土简支T梁，桥面全宽为11.00m，净宽为10.00m，两侧为0.5m防撞护栏；T梁梁高1.5m，T梁翼缘板厚0.15m；腹板厚度在跨中等高度段采用0.18m。
该桥于2002年修建完成，荷载等级为：汽车—20级，挂车—100。根据检测资料，本桥技术状况等级为三类。
随着国省道调整，利用现有老桥线位将新建一级公路（荷载等级：公路—Ⅰ级）。现有的桥梁荷载等级不能满足改建公路的要求。所以对结构进行加固，已是当务之急。相对于传统的加固方法，用纤维加固桥梁构件，不仅具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、耐久性好、抗冲击等优点，而且拥有施工便捷、无需大型机械、工期短等优势。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。
2.碳纤维板加固
桥梁加固工程中，碳纤维板材主要用于混凝土桥梁的基本构件和节点的加固补强。其加固的效果，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提高构件的刚度以及延性。
⑴加固受力特点分析
①与传统的其它加固方法相比，采用碳纤维板加固旧桥能最小程度的改变原有结构的应力分布，保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。
②将抗拉性能优良的碳纤维板，用粘结材料粘贴到梁体底面或箱梁内壁上，使其与原结构一起参与受力，即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。
⑵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：
计算可得，受压高度x=0.39m（x<εfbh=0.657），εf=0.00685，所需碳纤维板的面积为Af=0.002011m2（即厚度2.3mm、宽度0.3m碳纤维板共3层）。
α=45°，nf=2（腹板两侧），bf=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
以上结果显示：采用碳纤维板加固的措施后，T梁能满足荷载提升要求，并且还有足够的富余量。
⑶碳纤维板加固旧桥特点
①不增加恒载及断面尺寸，碳纤维板的自重仅为200-300g/m?，设计厚度为1～3mm，加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维板可以多层粘贴。
②可适应不同构件形状，成型方便斜、弯、坡及异型结构的补强，采用传统的方法，施工难度极大，采用碳纤维补强法，因碳纤维板的随型性极强，可以随结构外形变化任意施工，从而降低施工难度，减少施工成本，缩短施工工期，产生良好的社会和经济效益。
③碳纤维板加固方法是可选择的一种方法。该法工艺简便，无需大型设备、模板、夹具及支撑，操作起来简单易行，因而施工时所需工作面小。
④采用碳纤维板加固补强，对原结构不产生新的损伤碳纤维板加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材料，不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等。
⑤能有效地封闭混凝土的裂缝。碳纤维板粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强高模量的特性，还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。
⑥碳纖维板具有优良的耐化学腐蚀性碳纤维板是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。
⑦不影响结构的外观碳纤维板的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。
3.结论
大部分T型梁桥的主梁加固是因为旧桥基本承载力不够，在进行上部结构加固时采用碳纤维加固桥梁结构与其它的加固方法进行比较有十分显著的优点，但是，用碳纤维加固桥梁结构的造价较高，在补强加固桥梁时应根据建设条件和其它的加固方法进行综合比选。
参考文献：
[1].中华人民共和国交通部.公路桥梁加固设计规范（JTGD60-2004）.
[2].中华人民共和国国家标准.混凝土结构加固设计规范（GB50367-2013）.
[3].中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）.
【关键词】T梁；设计方案；加固；验算
1.概述
本桥位于香客岩水电站下游处，桥全长165.2米。老桥为：8*20m钢筋混凝土简支T梁，桥面全宽为11.00m，净宽为10.00m，两侧为0.5m防撞护栏；T梁梁高1.5m，T梁翼缘板厚0.15m；腹板厚度在跨中等高度段采用0.18m。
该桥于2002年修建完成，荷载等级为：汽车—20级，挂车—100。根据检测资料，本桥技术状况等级为三类。
随着国省道调整，利用现有老桥线位将新建一级公路（荷载等级：公路—Ⅰ级）。现有的桥梁荷载等级不能满足改建公路的要求。所以对结构进行加固，已是当务之急。相对于传统的加固方法，用纤维加固桥梁构件，不仅具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、耐久性好、抗冲击等优点，而且拥有施工便捷、无需大型机械、工期短等优势。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。
2.碳纤维板加固
桥梁加固工程中，碳纤维板材主要用于混凝土桥梁的基本构件和节点的加固补强。其加固的效果，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提高构件的刚度以及延性。
⑴加固受力特点分析
①与传统的其它加固方法相比，采用碳纤维板加固旧桥能最小程度的改变原有结构的应力分布，保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。
②将抗拉性能优良的碳纤维板，用粘结材料粘贴到梁体底面或箱梁内壁上，使其与原结构一起参与受力，即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。
⑵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：
计算可得，受压高度x=0.39m（x<εfbh=0.657），εf=0.00685，所需碳纤维板的面积为Af=0.002011m2（即厚度2.3mm、宽度0.3m碳纤维板共3层）。
α=45°，nf=2（腹板两侧），bf=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
以上结果显示：采用碳纤维板加固的措施后，T梁能满足荷载提升要求，并且还有足够的富余量。
⑶碳纤维板加固旧桥特点
①不增加恒载及断面尺寸，碳纤维板的自重仅为200-300g/m?，设计厚度为1～3mm，加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维板可以多层粘贴。
②可适应不同构件形状，成型方便斜、弯、坡及异型结构的补强，采用传统的方法，施工难度极大，采用碳纤维补强法，因碳纤维板的随型性极强，可以随结构外形变化任意施工，从而降低施工难度，减少施工成本，缩短施工工期，产生良好的社会和经济效益。
③碳纤维板加固方法是可选择的一种方法。该法工艺简便，无需大型设备、模板、夹具及支撑，操作起来简单易行，因而施工时所需工作面小。
④采用碳纤维板加固补强，对原结构不产生新的损伤碳纤维板加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材料，不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等。
⑤能有效地封闭混凝土的裂缝。碳纤维板粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强高模量的特性，还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。
⑥碳纖维板具有优良的耐化学腐蚀性碳纤维板是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。
⑦不影响结构的外观碳纤维板的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。
3.结论
大部分T型梁桥的主梁加固是因为旧桥基本承载力不够，在进行上部结构加固时采用碳纤维加固桥梁结构与其它的加固方法进行比较有十分显著的优点，但是，用碳纤维加固桥梁结构的造价较高，在补强加固桥梁时应根据建设条件和其它的加固方法进行综合比选。
参考文献：
[1].中华人民共和国交通部.公路桥梁加固设计规范（JTGD60-2004）.
[2].中华人民共和国国家标准.混凝土结构加固设计规范（GB50367-2013）.
[3].中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）.