预应力碳纤维板加固组合箱梁应用研究“
吴志平,赵海东,张田田
(上海应用技术学院城市建设与安全工程学院,上海201418)
[摘要]目前,纤维材料已广泛应用于工程结构加固中,采用预应力碳纤维板加固受弯构件,可以充分发挥碳纤维板材料的强度,提高结构的正常使用性能和极限承载能力.在自主研发的一套预应力碳纤维板平板错具的基础上,采用预应力碳纤维板成功应用于某一大桥组合箱梁加腿中.结果表明,和加固前相比,整体刚度提升了20%左右:从绕度数据来看,和粘钢加固方法效果没有明最差异;但从应变数据来看,采用预应力碳纤维进行加固有效降 低了应变幅值:
[关键词]桥梁工程:组合箱聚:碳纤维板;锚具:施工技术
[中图分类号]TU647.3 [文献标识码】A
[文章编号】1002-8498(2013)17-0068-03
ApplicationResearch onPrestressed CFRPPlatesin StrengtheningReinforced Composite Box Girder
Wu Zhiping Zhao Haidong Zhang Tiantian( )
Abstract; At present FRP material has bcen widely used in structure strengthening engineering.bearing capacity. Based on self-developed technology of plate anchor for prestressed CFRP plates prestresed CFRP plate is successfully used in the posite box girders of a bridge. The results indicate that pared with original structure the integral rigidity is increased by about 20%. Judging fromdeflectien data there is no significant difference from method of bonding steel plate effects but fromstrain data prestresed CFRP plates efectively reduce the strain amplitude.
Key words ;bridges; bined box girders; CFRP plates; anchorages; construetion
梁底附加预应力碳纤维板对梁进行加固,锚具必须 由于预应力碳纤维板加固钢筋混藏土繁是在通过固定装置固定在梁底,因此,将锚具牢固地固定在梁上是保证梁安全可靠的关键.试验结果表明,该错固、张拉装置有效.
备3部分组成,如图3所示.具体包括:在张拉端安 装临时反力支架;在滑动部分位置开槽、滑槽及夹具制作,将夹具放入已开槽内并用滑槽固定.如图4~7所示.
1.1平板锚具
1预应力碳纤维板张拉装置
本文研制的锚板和碳纤维板(宽100mm,厚1.2mm).其主要性能指标如表1所示:试验结果表明,铺板可以提供185kN以上的锚固力,达到碳纤维板撕裂后拉断的错固效果.
该装置分永久固定端和张拉端,永久固定端如图1所示,利用化学锚栓将①号锚板与被加固构件连接:②号锚板和①号铺板夹持碳纤维板;①.②号铺板加固如图2所示.①号和②号错板采用M20 沉头内六角螺栓连接.通过计算可知,在固定编和张拉端各设置6个M20化学锚栓满足要求.
装1解材和碳纤维材料主要性能指标Table 1 The main performance indexes of steelplate aad carbon fiber materials
单层设计 抗拉强度 弹性核量/ 带长率/型号 耳度/mm 标本值/MPa MPa %Q235钢板 8-16 1.2 >2 400 370 ≥1.6×10° 2.06 ×10 >1.7
张拉端由锚板、临时支撑、滑动端以及张拉设
图1永久固定端示意(单位:cm)
Fig. 1 Prestressed fixed end( unit;cm)
图5支撑钢板示意(单位:cm)Fig.5 Suport plate( unit ;cm)
图2错板加固示意(单位:cm)
Fig.2Anchor plate strengthening(unit;cm)
图6滑动端示意(单位:cm)Fig. 6 Sliding end ( unit ;cm)
图3张拉端示意
Fig.3Prestressed tension ends
Fig. 7 Sliding support plate ( unit;cm) 图7滑动支撑钢板示意(单位:cm)
图4临时支撑端示意(单位:cm)Fig.4Temporary support end( unit;cm)
议采用型号YZB薄型千斤顶,该千斤顶适用于空间有限的场合.
1.2张拉设备
2施工流程
在碳纤维板张拉施工中,主要张拉设备包括千斤顶和供油用的高压油泵.千斤顶和油泵的类型 主要根据锚具的型号和张拉力的大小来确定.建
利用上述铺具和张拉装置,在加固混凝土结构时,其施工过程如下.
1)碳纤维板按工程所需长度下料,在使用之前
初步方案确定.期间多家单位分别或共同参于了该大桥的外观检查、专项检查、荷载试验等,为该大桥的病害处置或加固提供依据.经过多次专家会议的讨论研究,最终确定了选取上行桥第5跨(第1联次边跨)、第8跨(第2联次边跨)作为试行跨进 行加固,并对加固效果进行对比.
应该先进行预拉,以减小在张拉过程中因碳纤维板和锚具滑移而造成的预应力损失.
2)永久固定端开槽于两端永久固定端位置开槽,开槽边缘与原梁底部应有平滑过渡段以便放置滑动支撑、临时支撑锚板和千斤顶.
3)永久固定端锚板安装永久固定端化学锚栓定位、安装,并安装锚板.化学锚栓遇原梁钢筋时可作适当调整.永久锚固端化学锚栓植人深度为135mm.
3.2预应力碳纤维板加固方案
该大桥试行桥跨的加固方案为:①对上行线第5跨部分预应力混凝土组合箱梁在底板上纵向粘贴钢板,恢复并提高组合箱梁的截面抗力及整体刚 度:②对上行线第8跨部分预应力混凝土组合箱梁在底板锚固、粘贴预应力碳纤维板和钢板,补偿因刚度损失导致的浇度增加,抑制裂缝的发展,增加压应力储备,并提高箱梁抗弯、剪能力:③对上行线第5跨和第8跨在部分预应力混凝土组合箱梁腹板 间增设钢横梁来改善组合箱梁的横向联系和内力分配,增强桥跨的整体刚度.
纤维板,碳纤维板涂刷黏结树脂、扣上盖板并拧紧 4)碳纤维板固定于初始水久固定端固定碳螺栓加压固定.碳纤维板固定后需养护24h方可进行张拉施工.
5)张拉端安装于张拉端安装临时反力支架;于滑动部分位置开槽、滑槽及夹具制作,将夹具放 入已开槽内并用滑槽固定.
6)碳纤维板张拉千斤顶就位并确保夹具夹紧后开始碳纤维板张拉.张拉过程中应随时检查碳纤维板伸长值,严格控制进油速度,要求缓慢、均匀、平稳.
预应力碳纤维板加固方案如图8所示.
7)预应力碳纤维板张拉控制张拉荷载控制在(130±5)kN(考虑张拉端固定锚板因凹人基层面产生附加应力,故适当降低张拉荷载).
8)结构拆除及修复千斤顶活塞回程,拆除千斤顶、临时反力支架及滑槽,切除多余碳纤维板. 并于梁底开槽部位进行砂浆修补恢复.
9)预应力碳纤维板安装完毕后,表面涂剧灰色混凝土乳胶漆二度,色彩与基层混凝土色彩基本一致.
3工程案例
3.1工程概况
该桥分左、右两幅,中心桩号K161129,桥梁全长480m,纵向桥跨布置为(6×257×256×25)m,横向布置为2x[0.75m(护栏)11m(行车挂-120. 道)0.75m(护栏)].桥梁设计荷载:汽-超20,
上部结构:3联19跨先简支后连续组合箱梁,每跨共计2×4片预应力箱梁.桥面为沥青混凝土铺装层,内、外侧均为混凝土防擅护栏.
图8大桥第8跨加图方案(单位:cm) Fig.8The 8th span strengtheningplan of the bridge( unit ;cm)
下部结构:重力式桥台、扩大基础,双柱式桥墩、钻孔灌注桩基础.
2009年12月对该大桥进行定期检查,发现组合箱梁裂缝病害较严重,进一步荷载试验结果表明,挠度校验系数>1,桥梁整体刚度不能达到设计裂缝深度已贯通整个腹板;2011年1月该大桥加固 要求;之后的裂缝深度检测结果表明,小箱梁腹板
4结语
大桥试行桥跨以不同方式加固完成.加固完成后,2012年3月对试行桥跨进行荷载试验.结论如下.
(下转第103页)
(上接第70页)
参考文献:
万方数据
准荷载的货车队(至少5辆)及小车在停满车时的应该用计算机软件暗箱操作与结构工程师手算相 结合的方式验算.
8关于如何处理严格遵守现有规范和奕破现有规 范规定的矛盾
现有的任何技术标准并没有包罗万象,都有历的创新科技成果及时增加内容:另一方面是经过实 史和涵盖范围的局限性.一方面需要对不断涌现践检验,需要弥补或纠正现有规范存在的缺陷.
“四新”成果和新发明层出不穷,其做法没有现成的规范标准可依.于是,在工程实践中经常出现的无论正确与否就不让做,做了就要承担”费任”. 的矛盾是,新东西都是规范中没有的,规范中没有政府应该有一套完善的创新风险法律机制,或者建立创新科技成果风险投资基金来承担经济风险,规定哪一个级别的专家对方案设计或评审有效,可以在没有通过最终成果评审之前预实施,评审专家和 使用方、监管方各有哪些责任.
经常发现有的事故经事后检查,基本上都符合规范和管理程序,但实际却发生了事故甚至很大事故,这就是现有规范并没有涵盖某些偶然因素(不深人)造成的,遇到这种情况,往往就以施工单位违 全面),或者没有函盖某些不为人知的细节因素(不
1)加固后大桥试验跨各片箱梁的实测挠度校加固前相比,已有显著改善.第5跨偏载工况下,控 验系数略>1,梁体刚度不能达到原设计要求,但和制梁的校验系数从1.35降至1.15:第8跨偏载工况下,控制梁(1号梁)的校验系数从1.37降至1.09;和加固前相比,箱梁整体刚度提升了20%左右.
2)试验跨横向联系构件工作状态良好,结构整体处于弹性工作状态.
3)裂缝在封闭后仍有较大变形量,封闭胶表面普遍出现反射出来的裂缝纹路.
差异,主要原因是考虑碳纤维片材安全要求,张拉 4)从挠度数据来看,和粘钢加固效果没有明显应力取极限应力的50%~60%,有效预应力控制为40%.但从应变数据来看,采用预应力碳纤维板进行加固有效降低了应变幅值,效果更好一些.
[1]四川省建筑科学研究院.G850367-2006提土结构加谨设
梁与公路桥梁的设计标准应该统一:④应该按照标章操作的结论来“弄人”.
对于如何遵守现有规范和突破现有规范矛盾来解决现场实际问题,用理论指导实践,又在实践 基础上,运用科学原理、科学计算和科技方法手段中不新创新、总结和提高国家规范标准的理论水平.
9结语
1)只有全面实施了精细化的设计、施工和管理,才能生产出精细化的产品,面逐步提高、适时更 新国家的规范标准要求正是精细化思想得以强化的前提.
2)国家标准规范只有与时俱进地不断更新提高、更加符合社会实践的规律,才能够起到积极的促进作用.
参考文献:
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