铁路T梁预应力碳纤维板加固研究

毛宇飞

（兰州交通大学土木学院，甘肃 兰州 730070）

关键字：预应力碳纤维板 铁路T梁 承载能力

0 引言

近些年，由于列车荷载的不断提高，桥梁使用年限过长等影响，致使大量铁路T梁出现问题，给铁路运输及交通带来了安全隐患。

预应力碳纤维板加固是一种主动加固技术，其常用于桥梁等受弯构件。通过对预应力碳纤维板进行张拉，来提高受弯构件的承载能力，同时可以减小挠度变形并减少封闭构件的裂缝。由于我国还没有制定具体的铁路加固规范，本文主要参考了公路加固的相关规范，对现有30t轴重的重载铁路进行预应力碳纤维板加固效果研究。

1 预应力碳纤维板加固机理

预应力碳纤维板加固属于后张预应力体系，通过锚固装置在梁体体外设置经过张拉而产生预应力的高强碳纤维板。施加此预应力将产生反向的弯矩及挠度，可以抵消部分由于自重以及静载作用下产生的挠度，从而改善梁体受力状态，达到提高梁体承载能力、减小竖向挠度、改善梁体抗裂和增加耐久性的目的。

2 预应力碳纤维板加固施工方法

施工预应力碳纤维板可采取先中跨后边跨的施工原则。其施工方法主要分为以下几个步骤：钻孔、植筋→碳纤维板现场下料、两端涂覆快速粘结胶并放入锚具，拧紧螺栓→安装已有锚具的碳纤维板→安装千斤顶、反力块，进行预应力张拉→进行其余附属工艺（如碳纤维板粘结、锚固区防护）。

3 预应力碳纤维板加固应用

3.1 加固T梁概况

神朔铁路某 T梁桥为单线桥。桥梁的结构形式为单跨 32m 预应力混凝土 T梁。桥梁全长32.6m，桥梁宽度为3.9m，由两片等截面T型梁组成，每片T型梁宽度为1.92m，腹板厚度为0.24m，梁高为2.5m。梁体结构材料采用C50混凝土。该桥梁原设计荷载为中-活载，现运营采用重载铁路。由于列车优化编组，目前行驶的列车荷载造成了沿线铁路桥梁运营荷载过大，破损较为严重，在梁底出现大量裂缝，故采用预应力碳纤维板对T梁进行加固。

3.2 T梁加固方案

加固采用预应力碳纤维板加固法，针对梁体进行抗弯加固，碳纤维板的张拉、锚固体系布设于梁体底部。该加固施工方法不影响铁路线的正常运营。碳纤维板截面规格为50×3mm，单片T梁梁底为5条，单根控制张拉力为245kN，碳纤维板设计有效合力为碳纤维板1175kN，设计永存应力为1567MPa。加固方案见图1及图2。

图 1 32mT梁加固1/2立面图

图2 32mT梁加固1/2平面图

3.3 T梁加固计算

3.3.1 荷载的确定

恒载根据规范恒载取值为26kN/m3；二期恒载根据图纸计算取值为23.5kN/m3；活载原设计采用中-活载，现采用ZH活载，Z取1.2。

3.3.2 正截面承载能力极限状态验算

先按第一类 T形截面梁，略去构造钢筋影响，计算混凝土受压区高度x=202mm ≤=275mm受压区全部位于翼缘板内，确实为第一类 T形截面。此时受压区高度 h0=h -a=2500-256=2244mm。

1、正截面承载力计算

2、计算弯矩

表1 各项荷载在跨中产生的弯矩

原设计正截面承载力满足要求。

此时承载能力不满足设计要求，需要进行加固。

3、粘贴预应力碳纤维板后正截面承载能力验算

参考《公路桥梁加固设计规范》（JTG／T J22-2008）体外预应力加固法。

加固后抗弯承载力

此时，加固后正截面承载力满足设计要求。

4 结论

本文在神朔铁路某T梁桥进行预应力碳纤维板加固设计的基础上，借鉴公路加固方法对其进行承载力检算，保证加固后结构的安全性及可靠性。通过检算后可知，预应力碳纤维板加固可有效提高铁路T梁的承载能力，对于铁路桥梁加固有一定的借鉴意义。