碳纤维布加固桥梁实例

1 、工程概况
双凤桥位于白（沙关）景（德镇）公路102公里桩处，该桥原为一半永久性桥梁（修建年代不详）：上部构造为木板桥面；下部结构为浆砌块石扩大基础配实体墩台（据调查基础放置在岩层上）。1970年将该桥改造成全长为34.10米的永久性桥梁：将桥墩加设局部斜撑（挑臂）拓宽；上部结构改为4孔普通钢筋混凝土工字梁与微弯板组合结构。设计荷载为汽车—13级，验算荷载为拖车—60，桥面设计净空为净-7.25m+2×0.25m安全带如图2。

2 、桥梁存在的主要病害及产生原因分析
经工程技术人员对该桥进行的较为全面的结构检查，发现该桥主要存在以下病害（如表1）。

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表1 双凤桥存在的主要原因

3 、工字梁加固提载计算要点
由于双凤桥未查询到有关详细设计图纸及竣工图纸等资料，对工字梁内部配筋不清楚，因而加固设计中从安全角度出发，仅考虑从汽车—13级（拖车—60）；提载到汽车—20级（挂车—100）跨中截面增加的弯矩值来验算补强钢筋量。
经计算由汽车—13级（拖车—60）提载到汽车—20级（挂车—100）跨中截面增加弯矩值△M=485.08KN，跨中截面惯矩I=0.1201m4，中性轴到下缘距离h1=0.60m，截面高h=0.83m，根据正截面强度公式：

上式中：△M——提载前后的弯矩增加量；
rs——钢筋安全系数；
Rg——钢筋抗拉设计强度；
Ag——补强钢筋面积；
h——截面高度；
x——混凝土受压区高度。
综合有关情况，本次对工字梁提载加固决定采用碳纤维布（规格见表6-3），因而计算碳纤维布截面面积：
Acf=Ag(Rg/Rcf)=242.3mm2
上式中：Acf——碳纤维布截面积；
Rcf——碳纤维布抗拉设计强度。

为了方便碳纤维布的裁剪操作及考虑储备，考虑每层碳纤维布宽为250mm，粘贴两层，五片工字梁实际粘贴碳纤维布截面面积为Acf=250×0.167×2×5=417.5mm2。

4 、双凤桥静载试验
（1）静载试验概述
为能对碳纤维布在旧桥加固中的使用性能进行量化分析，分别对双凤桥加固前、后进行了等效静载试验，且两次静载试验采用的加载车辆、荷载等级及加载位置均相同。由于该桥未查询到原设计图纸及竣工图，对各片主梁的配筋无法考证，根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》和《公旧桥承载能力鉴定方法》中的有关规定确定，加固前后两次荷载试验的性质为轻型荷载试验。
根据工字梁桥的受力特点，加固前后两次静载试验分别测试了工字梁跨中截面下缘钢筋应力（应变）、跨中挠度及裂缝。并按两种工况进行试验：第一工况为两辆加载车偏载（最外侧车轮中心离人行道边缘50cm）；第二工况为两辆加载车对称中心布载。
（2） 静载试验数据整理
加固前后两次静载试验数据整理见表3和表4。

（3） 静载试验数据分析及结论
从表3和表4可看出：
１）在工字梁梁底粘贴碳纤维布后，在相同的受力状况下跨中梁底钢筋应力明显减小，减幅最大达8.12%，相应跨中部位挠度（变形）亦减小，最大减小幅度达9.52%。说明粘贴碳纤维布后，工字梁抗弯强度增大。并通过分析说明：双凤桥加固后符合汽车－20；挂车－100的荷载使用要求。
２）粘贴碳纤维布后，在试验荷载作用下，原跨中梁底裂缝得到抑制，在相同荷载、相同加载位置作用下，加固后裂缝宽及高度明显小于加固前，加固后主梁最大裂缝宽仅为0.15mm，完全符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的有关规定。
３）所测应力（应变）、挠度数据基本与理论值相符，并呈弹性变化，塑性变形率最大为0.08%。