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淺談預應力碳纖維板的應用

2019-01-07

     我國既有鐵路上大量采用了鋼筋混凝土梁。隨著使用年限增長、車輛軸重增大、運營速度提高和運量的快速增加,鋼筋混凝土梁尤其是低高度板梁的病害日益突出,如梁體鋼筋應力增大、應力幅值超限、撓度偏大、梁底開裂嚴重、裂縫寬度超限等,從而導致結構承載力下降、耐久性降低。

     通常對鋼筋混凝土梁采用的加固方法有增大截面法、粘貼鋼板法、改變結構受力體系法以及施加體外預應力法等。在諸多加固方法中,體外預應力加固法作為一種主動加固法,通過張拉布置于結構本體之外的預應力筋對結構施加預應力,使結構產生負向彎矩,從而有效、主動地改善結構受力性能,提高結構極限承載能力。但因作為加固體系主要受力構件的預應力筋,如鋼絞線、鋼筋(棒)、鋼絲繩等,通常置于加固構件外側,容易受到環境影響而腐蝕破壞;致使一種能夠有效替代預應力筋的體外束材料———碳纖維應運而生,并以其質量輕、抗拉強度高、耐腐蝕、耐久性能好等優點備受親睞。

     在梁體結構表面粘貼碳纖維板材或片材的加固方法在工程應用中較為常見,但粘貼的碳纖維材料產生的抵抗彎矩較小,不能消除結構初始變形和減小初始裂縫,碳纖維的高強性能也只有在鋼筋屈服后才能得到利用。大量試驗證明,將預應力技術和碳纖維板材相結合,采用體外預應力碳纖維板加固技術能有效解決這些問題。但采用碳纖維板加固鐵路鋼筋混凝土梁的應用實例較少,加固效果有待進一步研究。

碳纖維板

     簡支梁屬靜定結構,采用體外預應力加固后變為帶柔性拉桿的一次超靜定混合體系,但加固過程并未改變結構的支撐和約束體系,故加固后的結構體系仍為簡支靜定結構。橋梁加固一般在原橋位進行,施加預應力時梁體仍承受恒載(自重、二期恒載)作用,預應力施加完成后,梁體在恒載及預加力共同作用下處于平衡狀態。

     采用體外預應力加固的鋼筋混凝土梁,因選取的預應力度不同,在設計荷載作用下屬于不同類型的結構。若所選預應力度較大,在設計荷載作用下梁體下緣不出現拉應力或不開裂,結構屬于全預應力或部分預應力混凝土A類構件;若所選預應力度較小,梁體下緣出現裂縫,則結構屬于部分預應力混凝土B類構件。對于重載鐵路的低高度鋼筋混凝土梁,為適應重載運輸的要求,通過在梁體下緣張拉、錨固預應力碳纖維板對其進行加固,將鋼筋混凝土梁變為部分預應力混凝土B類梁,從而達到降低恒載應力、改善活載應力的目的。

     碳纖維板材抗拉強度高,抗彎折強度較低,直線配束更利于碳纖維板的受力;低高度板梁梁高較矮,預應力體系布置在梁體底面,可最大限度地提高加固效率;碳纖維板錨固點與支座間需預留一定距離作為張拉空間。

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