受冲击荷载损坏桥梁的预应力CFRP加固方法研究

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1、受冲击荷载损坏桥梁的预应力CFRP加固方法研究赵建，陈树清75受冲击荷载损坏桥梁的预应力CFRP加固方法研究编译赵建，陈树清(1．中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034；2．武汉桥梁建筑工程监理有限公司，湖北武汉430034)摘要：加拿大一座已运营4O年的4跨预应力混凝土简支C形梁桥受冲击荷载损坏，采用3层预应力碳纤维增强材料(CFRP)薄板进行加固。为研究预应力CFRP板锚固系统的可靠性和加固的有效性，进行锚固系统可靠性能的试验、理论和有限元分析。研究结果表明：锚固系统设计可靠；C

2、FRP板的初始脱胶荷载稍低于目标预应力水平；牵引板端部应力集中明显，是导致脱胶的重要因素，建议在锚固设计中考虑牵引板端部的剪应力；加固后，桥梁抗弯、抗裂能力能恢复到未受损状态；相比受损状态，加固后边梁的挠度和内部预应力钢绞线应变都减小了5％；加固后各梁段间的荷载重新分配。AASHTOLRFD评估表明该桥加固后在设计车辆荷载下是安全的。关键词：桥梁；主梁；桥面板；冲击荷载；损坏；预应力CFRP板；桥梁加固中图分类号：U445．72文献标志码：A文章编号：1671—7767(2012)01一O。75

3、一O51前言北美地区许多运输基础设施因受硫酸盐的侵蚀、冻融、腐蚀，碱骨料反应和冲击荷载等影响而损坏，急需改造或修复。采用碳纤维增强材料(CFRP)加固是解决这种问题的一种可行方法。相(a)立面13385比传统的建材(如钢材)，CFRP有质强比较小，耐腐蚀、耐化学性强、工期短和维护费用少等优点。采用预应力CFRP加固可改善加固效果和有效利用CFRP的加固抗拉强度，其优点有：主动承载、提高耐久性和可靠性、使原有配筋应力重新分配、提高构件抗剪和抗弯能力。EI—Hacha等人l800．1800．1800

4、．．1800．1905(2001年)总结了3种对CFRP施加预应力的方法：0OulZUUlZUUlZOO人工起拱法、独立外梁体系法和对目标结构直接张(b)1／2主梁截面及极限荷载工况单位：m拉法。本文推荐采用直接张拉法，该方法易于应用，图14号立交桥结构布置示意对设备要求低，张拉后预应力保持稳定。该桥日车流量较大，调查发现重型卡车对边梁以加拿大一座已运营40年的预应力混凝土立频繁冲击导致混凝土剥落和一些钢绞线完全断裂，交桥的加固工作为例，介绍该桥加固设计、实验室试边梁出现30~50mm明显上挠，

5、但梁体无明显可见验、加固实施、有限元分析结果及基于AASHTO裂缝。除受损部位(见图2)外立交桥状态良好。LRFD得出的加固有效性评估。2003年加拿大马里托巴省交通运输管理服务部门批准应用预应力CFRP薄板对该桥进行加固。2工程概况加拿大中南部温尼伯湖地区的4号立交桥建于3加固设计方案及方案的可行性1963年，为(4×14．05)1TI预应力混凝土立交桥(见3．1加固设计方案图1)，斜交角为5。45。桥宽约26．8m(6车道)，横加固设计时混凝土的抗压强度(一25MPa)向设22片c形预应力混

6、凝土梁[见图1(b)]，预应和钢绞线的公称抗拉强度(一1725MPa)等一些力束采用13号钢绞线(每束A。一99mm。)。材料特性依据加拿大公路桥梁设计规范(CSA，收稿日期：2011—08—15编译者简介：赵建(1966一)，男，高级工程师，1989年毕业于西南交通大学桥梁工程专业，工学学士(E—mail：xcdqjlb@126．com)。76世界桥梁20l2，40(1)．蒯厂l——轴妫——85—kN—}1———=={}11l7一一—一一一单位：m图3设计载重卡车(改进型高速25型车)表14号

7、立交桥边梁的设计特性截面特性荷载效应／kN·m状态MMZ有限元法AASHTOI,RFD法kN·rflkN·inN·mm1MnMMl注：』Ⅵ⋯』Ⅵ⋯MMf分别为抗裂弯矩、抵抗弯矩、名义弯矩和计算弯矩；Z为开裂控制系数；N／A数值已经超过无活载时的卸压荷载。为张拉CFRP板，依据钢结构手册(CISC，单位：IlⅢ2000)设计了一套CFRP锚固系统，其由2块350W未受加受损固结构钢制成的矩形钢板(剪力板)组成，钢板上安装图2受损梁段的剖面示意损后L形角钢焊成的托架，采用螺栓固定到梁段的侧面2000

8、)中关于桥梁评估的规定取值。l2∞1(见图4)。首先将CFRP板粘贴到渐缩型牵引板加固设计方案最初依据AASHTOLRFD上，然后将牵引板与剪力板连接。为防止牵引板末(1994)进行设计，后来又依据AASHTOLRFD1加72端的CFRP板出现应力集中现象，牵引板末端为一(2003a)审核设计。加固设计时，钢绞线初始预应力4lN92段长100rnm、斜率为8的伞形板。／一1135MPa(66fp)、有效预应力fp一9063．2加固设计方案的可行性MPa(53f)、屈服强度f一155枷3MM姗Pa