力卡预应力碳纤维板加固系统静载、疲劳试验及长期预应力损失的研究(二)

1、力卡预应力碳纤维板加固系统静载、疲劳试验及长期预应力损失的研究（二）（陈杰 南京海拓复合材料有限责任公司）二、疲劳试验试验加载系统采用的是江苏省交通科学研究院股份有限公司结构试验室MTS作动器，最大动静态荷载为1000kN。本次试验的加载方式为四点加载，通过分配梁实现，如图14所示。图14 试验梁加载图采用等幅疲劳荷载谱进行试验，荷载在上下限值间按正弦规律进行加载。疲劳荷载按3个阶段进行加载，每个阶段的加载频率均为4Hz，应力比均为0.3，荷载的上限值、下限值有所不同。当荷载循环次数分别达到 1 万次、3万次、5 万次、10 万次、30 万次、50 万次、80 万次、100万次 、120万次时

2、，停机进行一个循环的静载试验（与静载试验阶段的加载程序相同），进行相应的静态测点读数和观测裂缝等。当循环次数达到141万次时，梁体发生整体破坏，碳板随即被拉断（图15、16、17）。之前混凝土裂缝已有明显发展趋势，中性轴不断上移（图18）。图15 疲劳试验破坏照图16 梁体整体破坏状态图17 碳板整体破坏，未从锚具中滑移图18 中性轴随疲劳次数上移随着疲劳次数的变化，跨中主筋及跨中碳板的应力变化曲线如图19,20所示。图19 跨中主筋应力随疲劳次数变化曲线图20 跨中碳板应力随疲劳次数变化曲线 结论：1、 采用力卡系列预应力碳板加固的梁体与碳板的协同受力效应良好；2、 预应力碳板加固系统晚于梁

3、体破坏，显示出该系统极佳的可靠性。三、长期预应力损失监测 主动预应力加固技术往往对后期预应力损失率这一数据非常关注。但由于国内预应力碳纤维板加固工程数量目前还不是太多，进行后期预应力监测的实际工程则更是很少。因此在2014年进行的某桥梁预应力碳板加固工程中，我们利用预先在碳板上布置的光纤光栅传感器，在工程结束后对碳板的应变进行了长期监测，考察力卡预应力碳板加固系统在实际工况条件下预应力长期损失的情况。被加固桥梁上部结构为8×(6×35)m 装配式部分预应力混凝土连续箱梁，先简支后结构连续，桥梁正交，桥梁全长1688m。下部结构为桩柱式墩、肋板式台，钻孔灌注桩基础。设计荷载为

4、汽车超20 级，挂车120；地震基本烈度为VII度。在近几年定期检查中普遍发现腹板存在竖向裂缝（图21）。裂缝的主要性状特征为：（1）裂缝宽度0.10mm 左右，主要分布在2L/53L/5，1 片梁单侧腹板一般12 条，最多4 条，多片梁在同一位置都存在竖向裂缝；裂缝封闭之后，在其附近位置又出现此类裂缝；（2）现阶段底板未出现横向裂缝；（3）腹板竖向裂缝从底板与腹板的倒角往上发展，未发展至截面顶缘。图21 腹板竖向裂缝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锚具及Lica131碳板胶这一系统进行加固。碳纤维板截面尺寸为50mm×3mm，

5、极限拉伸强度参考值2400MPa，弹性模量参考值160GPa。碳纤维板张拉控制应力为1277MPa，预应力损失预估值取6%即为77MPa，永久预应力为1200MPa。加固后梁体跨中应力增量大于0.5 MPa的有37片梁，占61.7%。与理论值相比，加固后各梁跨中应力增量实测值偏小，但整体相差不大（见表1）。图22 预应力碳板加固施工现场表1 加固后各梁跨中应力增量与理论值对比梁体位置1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁理论值（MPa）误差理论值（MPa）误差理论值（MPa）误差理论值（MPa）误差理论值（MPa）误差右幅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%施工结束后，每隔一个月都会对该桥左幅36#孔碳纤维板上光栅光纤传感器进行复测。以施工结束作为长期预应力损失的起点，根据此后每月复测数据，研究碳纤维板的长期预应力损失。截止2015年6月，已完成9次复测（图23）。结论如下：1、施工结束9个月后，碳纤维板长期应变平均损失约265，占张拉控制应变的3.5%，低于6%的预估值，