力卡預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)靜載、疲勞試驗(yàn)及長期預(yù)應(yīng)力損失的研究(二)

1、力卡預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)靜載、疲勞試驗(yàn)及長期預(yù)應(yīng)力損失的研究（二）（陳杰 南京海拓復(fù)合材料有限責(zé)任公司）二、疲勞試驗(yàn)試驗(yàn)加載系統(tǒng)采用的是江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室MTS作動器，最大動靜態(tài)荷載為1000kN。本次試驗(yàn)的加載方式為四點(diǎn)加載，通過分配梁實(shí)現(xiàn)，如圖14所示。圖14 試驗(yàn)梁加載圖采用等幅疲勞荷載譜進(jìn)行試驗(yàn)，荷載在上下限值間按正弦規(guī)律進(jìn)行加載。疲勞荷載按3個階段進(jìn)行加載，每個階段的加載頻率均為4Hz，應(yīng)力比均為0.3，荷載的上限值、下限值有所不同。當(dāng)荷載循環(huán)次數(shù)分別達(dá)到 1 萬次、3萬次、5 萬次、10 萬次、30 萬次、50 萬次、80 萬次、100萬次 、120萬次時(shí)

2、，停機(jī)進(jìn)行一個循環(huán)的靜載試驗(yàn)（與靜載試驗(yàn)階段的加載程序相同），進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)測點(diǎn)讀數(shù)和觀測裂縫等。當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到141萬次時(shí)，梁體發(fā)生整體破壞，碳板隨即被拉斷（圖15、16、17）。之前混凝土裂縫已有明顯發(fā)展趨勢，中性軸不斷上移（圖18）。圖15 疲勞試驗(yàn)破壞照圖16 梁體整體破壞狀態(tài)圖17 碳板整體破壞，未從錨具中滑移圖18 中性軸隨疲勞次數(shù)上移隨著疲勞次數(shù)的變化，跨中主筋及跨中碳板的應(yīng)力變化曲線如圖19,20所示。圖19 跨中主筋應(yīng)力隨疲勞次數(shù)變化曲線圖20 跨中碳板應(yīng)力隨疲勞次數(shù)變化曲線 結(jié)論：1、 采用力卡系列預(yù)應(yīng)力碳板加固的梁體與碳板的協(xié)同受力效應(yīng)良好；2、 預(yù)應(yīng)力碳板加固系統(tǒng)晚于梁

3、體破壞，顯示出該系統(tǒng)極佳的可靠性。三、長期預(yù)應(yīng)力損失監(jiān)測 主動預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)往往對后期預(yù)應(yīng)力損失率這一數(shù)據(jù)非常關(guān)注。但由于國內(nèi)預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固工程數(shù)量目前還不是太多，進(jìn)行后期預(yù)應(yīng)力監(jiān)測的實(shí)際工程則更是很少。因此在2014年進(jìn)行的某橋梁預(yù)應(yīng)力碳板加固工程中，我們利用預(yù)先在碳板上布置的光纖光柵傳感器，在工程結(jié)束后對碳板的應(yīng)變進(jìn)行了長期監(jiān)測，考察力卡預(yù)應(yīng)力碳板加固系統(tǒng)在實(shí)際工況條件下預(yù)應(yīng)力長期損失的情況。被加固橋梁上部結(jié)構(gòu)為8×(6×35)m 裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，橋梁正交，橋梁全長1688m。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩、肋板式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為

4、汽車超20 級，掛車120；地震基本烈度為VII度。在近幾年定期檢查中普遍發(fā)現(xiàn)腹板存在豎向裂縫（圖21）。裂縫的主要性狀特征為：（1）裂縫寬度0.10mm 左右，主要分布在2L/53L/5，1 片梁單側(cè)腹板一般12 條，最多4 條，多片梁在同一位置都存在豎向裂縫；裂縫封閉之后，在其附近位置又出現(xiàn)此類裂縫；（2）現(xiàn)階段底板未出現(xiàn)橫向裂縫；（3）腹板豎向裂縫從底板與腹板的倒角往上發(fā)展，未發(fā)展至截面頂緣。圖21 腹板豎向裂縫本次加固工程共涉及12孔60片梁，仍采用SCFP3.0-50碳板、MJ3.0-50-45錨具及Lica131碳板膠這一系統(tǒng)進(jìn)行加固。碳纖維板截面尺寸為50mm×3mm，

5、極限拉伸強(qiáng)度參考值2400MPa，彈性模量參考值160GPa。碳纖維板張拉控制應(yīng)力為1277MPa，預(yù)應(yīng)力損失預(yù)估值取6%即為77MPa，永久預(yù)應(yīng)力為1200MPa。加固后梁體跨中應(yīng)力增量大于0.5 MPa的有37片梁，占61.7%。與理論值相比，加固后各梁跨中應(yīng)力增量實(shí)測值偏小，但整體相差不大（見表1）。圖22 預(yù)應(yīng)力碳板加固施工現(xiàn)場表1 加固后各梁跨中應(yīng)力增量與理論值對比梁體位置1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁理論值（MPa）誤差理論值（MPa）誤差理論值（MPa）誤差理論值（MPa）誤差理論值（MPa）誤差右幅31#孔-0.577.0%-0.583.4%-0.593.4%-0.585.2%

6、-0.588.6%右幅32#孔-0.256.2%-0.176.6%-0.1317.7%-0.0915.7%-0.0714.3%右幅33#孔-0.586.9%-0.573.5%-0.537.5%-0.466.5%-0.492.0%右幅34#孔-0.619.8%-0.563.6%-0.58.0%-0.370.0%-0.313.3%右幅35#孔-0.591.7%-0.573.5%-0.520.0%-0.452.2%-0.52.0%右幅36#孔-0.577.0%-0.583.4%-0.591.7%-0.588.6%-0.573.5%左幅31#孔-0.573.5%-0.581.7%-0.593.4%-0

7、.595.1%-0.573.5%左幅32#孔-0.464.3%-0.3716.2%-0.3414.7%-0.3715.1%-0.4610.9%左幅33#孔-0.452.2%-0.395.1%-0.417.3%-0.512.0%-0.547.4%左幅34#孔-0.593.4%-0.598.5%-0.586.9%-0.581.7%-0.591.7%左幅35#孔-0.593.4%-0.591.7%-0.591.7%-0.593.4%-0.593.4%左幅36#孔-0.573.5%-0.598.5%-0.591.7%-0.580.0%-0.571.8%施工結(jié)束后，每隔一個月都會對該橋左幅36#孔碳纖維板上光柵光纖傳感器進(jìn)行復(fù)測。以施工結(jié)束作為長期預(yù)應(yīng)力損失的起點(diǎn)，根據(jù)此后每月復(fù)測數(shù)據(jù)，研究碳纖維板的長期預(yù)應(yīng)力損失。截止2015年6月，已完成9次復(fù)測（圖23）。結(jié)論如下：1、施工結(jié)束9個月后，碳纖維板長期應(yīng)變平均損失約265，占張拉控制應(yīng)變的3.5%，低于6%的預(yù)估值，