隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)以及人民生活水平的不斷提高，現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施已難以滿足巨大的人口基數(shù)以及日益繁榮的社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的需求。國(guó)家在交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上投入了巨大的資源，交通部門計(jì)劃在現(xiàn)有的2.1萬億公路建設(shè)投資規(guī)模（至2020年）的基礎(chǔ)上再增加2萬億以上規(guī)模的投資，在現(xiàn)有建設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)公路、橋梁等骨干交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)力度。大量的公路、橋梁、鐵路、城市軌道交通等正以前所未有的速度得到建設(shè)，城市化與交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的發(fā)展速度正在不斷加快。另一方面，越來越多橋梁得到建設(shè)的同時(shí)，大量建于較早時(shí)期的舊橋其養(yǎng)護(hù)維修加固的工作正日益繁重。環(huán)境的侵蝕、材料的自然老化、車輛荷載的提高以及超限車輛的普遍存在均造成許多舊橋已無法滿足安全運(yùn)營(yíng)的需要。為了合理的分配有限的公路建設(shè)資金，節(jié)省國(guó)家交通建設(shè)資源，挖掘在役舊橋的承載潛力，研究開發(fā)新型的橋梁加固技術(shù)與材料，并在病危舊橋的加固工程中合理的加以應(yīng)用，恢復(fù)和提高舊橋的承載能力及通行能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，以滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰乔泻衔覈?guó)當(dāng)前國(guó)情的必然選擇。
預(yù)應(yīng)力碳纖維板修復(fù)結(jié)構(gòu)的工程技術(shù)是自二十世紀(jì)末開始研究的一項(xiàng)新型補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的粘貼碳纖維板加固技術(shù)的重大改進(jìn)。傳統(tǒng)的外部粘貼式碳纖維板加固是在結(jié)構(gòu)受拉區(qū)表面粘結(jié)碳纖維板，使其與原結(jié)構(gòu)共同承受拉應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的加固。這種技術(shù)由于工藝簡(jiǎn)單、施工方便曾受到工程界的普遍青睞。但隨著研究與應(yīng)用的深入，這種加固技術(shù)逐漸被發(fā)現(xiàn)材料浪費(fèi)極大。碳纖維板彈性模量低而拉伸強(qiáng)度高，充分發(fā)揮強(qiáng)度需要1.5%以上的拉伸變形，而通常橋梁的變形限制所允許的表面應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這一變形。當(dāng)加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)這一缺陷更加顯著：鋼筋的屈服變形僅為0.18%，即便在不考慮鋼筋初始變形的條件下（結(jié)構(gòu)完全卸載的理想加固狀態(tài)）鋼筋屈服時(shí)碳纖維所能發(fā)揮的強(qiáng)度也不到12%。因此，采用傳統(tǒng)粘貼方式進(jìn)行碳纖維加固時(shí)，碳纖維板的高強(qiáng)性能僅能被利用很少的一部分，大部分的材料強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)內(nèi)都無法得到發(fā)揮[1]。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可使碳纖維在承擔(dān)結(jié)構(gòu)傳遞的荷載應(yīng)力之前就已經(jīng)處于較高應(yīng)力水平，預(yù)先發(fā)揮了一定的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了其高強(qiáng)性能的較充分利用。因此，預(yù)應(yīng)力碳纖維加固技術(shù)被認(rèn)為是傳統(tǒng)碳纖維加固技術(shù)的必然替代，在世界各國(guó)的研究人員都積極開展了研究工作[。
作者在針對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維加固橋梁技術(shù)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)與理論研究的基礎(chǔ)上，借助位于湖南省省道207線長(zhǎng)沙市境內(nèi)的瞿家段橋加固改造的機(jī)會(huì)，對(duì)該橋?qū)嵤┝祟A(yù)應(yīng)力碳纖維板加固，并通過加固前、后不同階段的近似同參數(shù)荷載試驗(yàn)，驗(yàn)證了這一新型技術(shù)的工程應(yīng)用效果。
2工程應(yīng)用
2.1 工程概況
瞿家塅大橋位于湖南省省道207線長(zhǎng)沙市境內(nèi)，是一座建成于1962年的∏型普通鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋。全橋共有五跨，每跨跨徑長(zhǎng)為16.8m,加上兩端的引橋全橋長(zhǎng)度為100m，橋?qū)?.4m，每一跨由5片T梁組成，T梁之間由7片橫隔梁相連，具體尺寸參數(shù)如圖2所示。瞿家段橋原設(shè)計(jì)荷載為汽－15級(jí)，近年來公路運(yùn)輸發(fā)展較快，交通流量與重型車輛數(shù)量急劇增長(zhǎng)，該橋的原設(shè)計(jì)承載能力已無法滿足車輛通行需要；并且相關(guān)部門檢查發(fā)現(xiàn)該橋存在T梁開裂、露筋，橋面鋪裝破損嚴(yán)重等較顯著病害，因此長(zhǎng)沙公路局決定對(duì)該橋進(jìn)行提載性的加固改造，將其承載能力由原汽-15級(jí)提升至公路-II級(jí)；同時(shí)對(duì)原破損的橋面、護(hù)欄進(jìn)行重建。
2.2 加固方案與施工工法
根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果可知，要將瞿家段橋承載能力由原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)汽-15提升至新標(biāo)準(zhǔn)公路-II級(jí)，原橋結(jié)構(gòu)正截面抗彎承載能力存在約707kN*m的不足。根據(jù)作者提出的預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)模型[11]，在每片T梁底部粘貼截面面積為120mm2，彈性模量為165GPa，初始應(yīng)力為1200MPa的碳纖維板，能夠提供約810kN*m的抗彎承載力，可滿足橋梁結(jié)構(gòu)的提載性加固需要。作者經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查、測(cè)試、比較，選擇了瑞典Sika公司生產(chǎn)的Sika CarboDur S-1012型碳纖維板以及配套的Sikadur -30樹脂作為本次預(yù)應(yīng)力加固工程的材料。
粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固橋梁結(jié)構(gòu)的主要工藝如下。
1）混凝土表面處理。這一環(huán)節(jié)是為保證碳纖維板與梁體之間的良好粘結(jié)。具體分為兩個(gè)步驟：混凝土表面氧化層磨除以及風(fēng)化層鑿除；凹凸不平的部分采用打磨及環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的方式找平。
2）在需加固梁體兩端安裝碳纖維板錨具及張拉機(jī)具，碳纖維板錨具安裝如圖4(a)所示，具體步驟為：（1）在安裝錨具的位置用機(jī)械切出錨具預(yù)埋槽；（2）在預(yù)埋槽底部與錨具底板上螺孔對(duì)應(yīng)的位置植入化學(xué)錨拴；（3）在預(yù)埋槽內(nèi)填入環(huán)氧砂漿；（4）將錨具底板套入化學(xué)錨拴安入預(yù)埋槽，其上表面與結(jié)構(gòu)混凝土表面齊平。
3）在碳纖維板粘貼面及結(jié)構(gòu)混凝土表面涂抹Sika公司的配套粘結(jié)樹脂，將碳纖維板材安裝至錨具與張拉機(jī)具上并錨固。
4）張拉碳纖維板至設(shè)計(jì)初始應(yīng)力，將碳纖維板錨固于張拉機(jī)具一側(cè)的錨具，釋放預(yù)應(yīng)力，切斷碳纖維板，如圖4(b)所示。
5）拆除張拉機(jī)具，安裝附加的U形錨
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