一、 概述
目前，我国有大量的混凝土桥梁由于各种原因需要维修或加固，因此探索更有效、更合理、更经济的加固方法和加固材料成为研究的热点。用碳纤维布进行混凝土结构加固是近年来新兴的并在工程中得到了广泛应用的一种高技术加固修复结构方法。碳纤维布具有很高的比强度和比模量、极好的耐腐蚀性能及耐久性、施工便捷、易于施工裁减等优点，目前在国内外得到广泛应用。但是由于用这种方法加固构件中的碳纤维布在主筋屈服以后才能够发挥其高强度，对梁的开裂荷载和屈服荷载提高程度有限，对梁在使用阶段的各项性能的改善作用也有限。从基本的力学理论分析和试验结果来看，由于受到待加固桥梁的承载历史和现状、混凝土强度（应变）、钢筋应力（应变）、加固后使用条件不同的影响等，目前加固方法存在着碳纤维布强度没有充分利用的缺陷，即没有充分发挥碳纤维布高强的优点。为了更加充分、合理地利用碳纤维布的优点，取得更好的加固效果，可以将碳纤维布进行预张拉后再用于结构的加固，以便使碳纤维布可以较早的参加工作，从而使其高强度的特点得以提前发挥，提高加固效果。
目前国内外对预应力碳纤维布加固混凝土结构的研究比较少，已有的相关研究成果有最大预应力水平的研究（Triantafillou 和Deskovic，1991，1992）、用预应力FRP布加固结构构件的短期机械性能的方法（Karam，1993）、预应力碳纤维布加固混凝土板的疲劳试验（R.G.Wight，2001）、碳纤维布加固混凝土梁试验研究（飞渭等人，2002）等。根据已有研究成果分析，目前在预应力碳纤维布加固混凝土结构的研究中，预应力施工方法、锚夹具的研制和优化、预应力损失计算等都是亟待解决的关键问题。本文将简要分析有关预应力碳纤维布加固混凝土桥梁的基本原理和特征，并根据试验研究的成果对预应力碳纤维布加固混凝土桥梁技术作一较详细的论述。
二、工作原理
利用粘结材料将预张拉后的碳纤维布粘贴在混凝土表面，使两者共同工作，承受荷载作用。
具体原理为首先将
专用张拉预应力设备固定于桥墩的立面，通过转向轴保证碳纤维布在梁底和张拉设备间的平滑过渡；然后将碳纤维布一端固定于固定轴上，转动该轴初步拉紧碳纤维布，通过油压加载系统施加预应力，这时，滑动轴在滑槽内向下移动，通过数字油压表读数控制预应力程度，达到设计预应力程度后，整体提升碳纤维布，使碳纤维布均匀地粘贴于梁底面，在端部锚固，待树脂固化后，切除多余碳纤维布即可实现设计的预应力张拉程度。图1是其程序框图。
三、张拉设备
课题组研制的碳纤维布专用张拉设备如图2所示。
图2 预应力碳纤维布专用张拉设备
该设备具有张拉碳纤维布、转向、抬升、保持预拉应力等主要功能，适用于对混凝土桥梁进行预应力碳纤维布张拉。
四、试验研究
课题组完成的部分试验参见表1、图3、图4以及图5。
表1 试件加固参数
试件
编号
|
加固量
|
预拉力值kN
|
预应力值 MPa
|
预应力程度
|
锚固方式及尺寸
|
备注
|
B1
|
T30型碳纤维布宽度220mm三层
|
0
|
0
|
0
|
端部玻纤箍宽250，中部碳纤维箍净间距150(190)，沿梁长布置
|
对比梁
（非预应力加固）
|
B2
|
碳纤维布宽度220三层（T30型二层，T20型一层）
|
T30-15.63
T30-15.63
T20-10.42
|
T30-425.4
T30-425.4
T20-426.7
|
0．12
|
端部碳纤布箍宽250，其余箍宽200，净间距150(190)，沿梁长布置
|
预应力布加固
|
B3
|
T30碳纤维布宽度220三层
|
0
|
0
|
0
|
端部碳纤布箍宽250，其余箍宽200，净间距150（190），沿梁长布置
|
预应力混凝土梁非预应力布加固
|
B4
|
T30碳纤维布宽度220三层
|
22.57
|
614.3
|
0．17
|
端部碳纤布箍宽250，其余箍宽200，净间距150（190），沿梁长布置。
|
预应力混凝土梁预应力布加固
|
从图3～图5中可以得出以下初步的结论：
1：预应力碳纤维布加固混凝土梁可以提高梁的抗裂承载力、屈服承载力以及极限承载力，对预应力混凝土梁提高更明显。预应力程度提高效果更明显。
2：预应力碳纤维布加固混凝土梁可以改善裂缝、变形等使用性能。
3：对碳纤维布施加预拉力可以提高其强度利用率。非预应力加固碳纤维布剥离破坏，而预应力碳纤维布加固为拉断破坏。
五、需要深入的研究
5.1张拉控制应力
张拉控制应力过小，达不到要求，效果不好；
张拉控制应力过大，碳纤维布易断丝、起毛。
5.2锚固措施
锚固的位置及数量、锚固方式等不同，加固效果有区别。
5.3碳纤维布的均匀性
目前碳纤维布编织工艺决定了碳纤维布中碳纤维丝的张紧程度不同，张拉预应力较大的受力状态下布的均匀性不能满足要求。
5.4预应力损失的计算
由于预应力张拉设备与张拉工艺尚未规范化，不同设备、不同施工方法造成的预应力损失不同；
碳纤维布张拉后的预应力损失在测量上还存在问题。
5.5预应力碳纤维布加固的疲劳性能
对于承受动载的混凝土梁而言，预应力碳纤维布能否达到预计的加固效果，与其锚固措施的疲劳性能密切相关，这方面的工作需要进一步的研究。
本文工作得到了国家863计划项目（项目编号2001AA336010）和国家自然科学基金项目（项目编号50238030）等课题的资助。
