浅析预应力碳纤维板在桥梁加固中的应用
2022-06-09
摘 要：该文通过对预应力碳纤维板的设计考虑因素、板材要求及施工工艺三个方面粗略介绍，说明其在桥梁加固中的应用及前景，以方便各位同行在今后的加固中不断改进工艺，从而实现最终的市场普及化。
关键词：预应力碳纤维板 加固 施工工艺
中图分类号：TU757 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0090-01
在桥梁加固中，目前多采用非预应力碳纤维加固技术，其原理为是在结构受拉区域用环氧树脂胶粘贴碳纤维布或板，使其与混凝土共同受力，但该项加固工艺对碳纤维材料的利用率极低，以碳纤维板为例：其弹性模量约为170 GPa，抗拉强度约为2800 MPa，若要发挥抗拉强度则需要 1.7%的拉伸应变；而钢筋的弹性模量多为 200 GPa，抗拉强度约为500 MPa左右，钢筋屈服时拉伸应变约0.15%。当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原有的初始应变，钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的 10%，而如果在碳纤维发挥全部强度所需要的 1.7% 的应变下，混凝土结构就已经发生破坏，由此看出，碳纤维材料弹性模量与钢筋相近，但强度是钢筋的5倍，因此碳纤维材料发挥其强度时变形较大，钢筋屈服或混凝土破坏时，碳纤维的强度还没有充分发挥出来，预应力碳纤维加固技术可较好的解决这个问题，大大提高碳纤维材料的利用率。
那么，如何才能实现预应力碳纤维板的强度最大化呢？这就要求我们对碳纤维板进行预应力张拉，从而最大限度的实现强度最大化。由预应力钢筋及钢绞线张拉原理我们不难得出，碳纤维板的张拉同样需要张拉台座及相应的夹具。
1 台座和夹具设计过程中应考虑的因素
1）安全可靠。安全永远是第一位的，只有确保安全可靠才能实现利益最大化，那么就要求我们的台座必须具有足够的稳定性、满足一定的强度及刚度要求，只有这样台座才不会出现滑移及扭曲变形等情况，从而达到安全可靠的要求；而夹具的安全则表现在其应有足够的咬合力，而咬合力的实现必须要求夹具也具备一定的强度、刚度，只有这样才能保证夹具在咬合过程中的牢固性才，从而保证其安全可靠。
2）安装简便。设计的台座及夹具应方便在现场进行安装，安装时对原结 构损伤小，占用空间小，且能在狭小空间进行安装作业，这就要求我们在对台座、夹具的设计过程中应尽量选用优质钢材，且设计过程中应尽量减小截面面积，在保证安全可靠的情况下使得台座、夹具的最小化，从而间接使得安装简便。
3）经济性。经济性考虑要从台座、夹具的最小化以及碳纤维板强度的最大化入手，因为只有保证台座、夹具的最小化才能节约现场安装的简便和材料用量的最小化，间接提高经济性，而碳纤维板强度的最大化则是经济性的最好体现，因为在正常的加固施工过程中碳纤维板的用量相对较大，如果我们把其强度最大化，则变相的减少了碳纤维板的用量，从而节约了材料成本，从而实现经济利益的最大化。
4）应能实现批量生产。由于在加固过程中台座、夹具多永久放置在桥梁上，且每个项目的用量可能会比较大，而且从长远的观点来看，对于台座及夹具应进行批量生产，减少因单独定做而造成的资金浪费。
5）应做到标准化。由于现有的规范对于预应力碳纤维板的施工技术还没有明确的进行规范，所以作为我们企业来讲，应将其标准化，明确夹具、台座的设计、施工及各项工艺流程和标准，从而保证大家都能够按照标准化的要求进行现场的加固，为以后行业标准或国家标准的出台提供前期的技术、资料支持。
2 预应力碳纤维板要求
关键词：预应力碳纤维板 加固 施工工艺
中图分类号：TU757 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0090-01
在桥梁加固中，目前多采用非预应力碳纤维加固技术，其原理为是在结构受拉区域用环氧树脂胶粘贴碳纤维布或板，使其与混凝土共同受力，但该项加固工艺对碳纤维材料的利用率极低，以碳纤维板为例：其弹性模量约为170 GPa，抗拉强度约为2800 MPa，若要发挥抗拉强度则需要 1.7%的拉伸应变；而钢筋的弹性模量多为 200 GPa，抗拉强度约为500 MPa左右，钢筋屈服时拉伸应变约0.15%。当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原有的初始应变，钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的 10%，而如果在碳纤维发挥全部强度所需要的 1.7% 的应变下，混凝土结构就已经发生破坏，由此看出，碳纤维材料弹性模量与钢筋相近，但强度是钢筋的5倍，因此碳纤维材料发挥其强度时变形较大，钢筋屈服或混凝土破坏时，碳纤维的强度还没有充分发挥出来，预应力碳纤维加固技术可较好的解决这个问题，大大提高碳纤维材料的利用率。
那么，如何才能实现预应力碳纤维板的强度最大化呢？这就要求我们对碳纤维板进行预应力张拉，从而最大限度的实现强度最大化。由预应力钢筋及钢绞线张拉原理我们不难得出，碳纤维板的张拉同样需要张拉台座及相应的夹具。
1 台座和夹具设计过程中应考虑的因素
1）安全可靠。安全永远是第一位的，只有确保安全可靠才能实现利益最大化，那么就要求我们的台座必须具有足够的稳定性、满足一定的强度及刚度要求，只有这样台座才不会出现滑移及扭曲变形等情况，从而达到安全可靠的要求；而夹具的安全则表现在其应有足够的咬合力，而咬合力的实现必须要求夹具也具备一定的强度、刚度，只有这样才能保证夹具在咬合过程中的牢固性才，从而保证其安全可靠。
2）安装简便。设计的台座及夹具应方便在现场进行安装，安装时对原结 构损伤小，占用空间小，且能在狭小空间进行安装作业，这就要求我们在对台座、夹具的设计过程中应尽量选用优质钢材，且设计过程中应尽量减小截面面积，在保证安全可靠的情况下使得台座、夹具的最小化，从而间接使得安装简便。
3）经济性。经济性考虑要从台座、夹具的最小化以及碳纤维板强度的最大化入手，因为只有保证台座、夹具的最小化才能节约现场安装的简便和材料用量的最小化，间接提高经济性，而碳纤维板强度的最大化则是经济性的最好体现，因为在正常的加固施工过程中碳纤维板的用量相对较大，如果我们把其强度最大化，则变相的减少了碳纤维板的用量，从而节约了材料成本，从而实现经济利益的最大化。
4）应能实现批量生产。由于在加固过程中台座、夹具多永久放置在桥梁上，且每个项目的用量可能会比较大，而且从长远的观点来看，对于台座及夹具应进行批量生产，减少因单独定做而造成的资金浪费。
5）应做到标准化。由于现有的规范对于预应力碳纤维板的施工技术还没有明确的进行规范，所以作为我们企业来讲，应将其标准化，明确夹具、台座的设计、施工及各项工艺流程和标准，从而保证大家都能够按照标准化的要求进行现场的加固，为以后行业标准或国家标准的出台提供前期的技术、资料支持。
2 预应力碳纤维板要求