一种基于钢板-预应力碳纤维板的混凝土梁抗弯加固方法技术领域
本发明属于土木工程结构加固的技术领域，尤其涉及一种基于钢板-预应力碳纤维板的混
凝土梁抗弯加固方法。
背景技术
随着桥梁使用时间、交通流量的增长，很多桥梁结构的使用性能已经不能满足当前的功
能要求，为使其重新恢复使用功能需进行加固。另外，由于房屋结构长期使用过程中的损伤、
老化等因素或者房屋加层改造的要求或使用功能的改变等，使得原有结构的承载力不足，也
需要通过加固的方法来大幅度提高构件的承载力。
目前，在对混凝土梁的实际加固过程中，钢板和碳纤维板材是两种使用广泛的材料，粘
贴钢板法加固性能较好，对构件的承载能力和刚度有一定的提高，且节约使用空间，施工简
单，容易锚固，粘贴钢板加固后的构件由加载至破坏过程中均可保持较好的延性，但加固所
用钢板的厚度及层数均受到限制，且粘贴钢板加固属于二次受力，它对构件的作用只有在构
件再次受荷时才发生，承载能力提高有限。粘贴碳纤维板加固法能较大幅度提高混凝土梁的
承载力，且易粘贴，但通过此法加固后的构件，截面的延性大幅度降低，刚度提高较小，且
不易锚固，材料的利用率较低。预应力碳纤维板加固是对碳纤维板进行加固的一种升级，它
是一个主动受力的过程，能够在加固完成后即对梁起作用，对裂缝也有很好的闭合作用，且
材料的利用率高。但其缺点依然存在，预应力碳纤维板在混凝土梁上的锚固困难，容易出现
剥离破坏，加固后的混凝土梁易出现脆性破坏，与此同时，目前使用的碳纤维板张拉设备比
较复杂、笨重，施工不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于钢板-预应力碳纤维
板的混凝土梁抗弯加固方法，用两种材料组合加固混凝土梁，既可以大幅度提高混凝土梁的
承载力，又可以提高混凝土梁的刚度、延性、整体性和可靠性，且施工方便，经济适用，具
有广阔的应用前景。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于钢板-预应力碳纤维板的混凝土
梁抗弯加固方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)混凝土梁表面处理，首先对混凝土梁表面裂缝进行封闭或灌封处理，达
到养护时间后凿除浮浆层，完全露出混凝土新面；其次用斩斧对露出的混凝土新面进行凿毛
处理，形成平整的粗糙面；再次用水清洗混凝土表面上的浮渣、尘土；最后对凹凸不平较严
重的表面用环氧树脂砂浆进行修补；
B)钢板的下料及处理，先根据钢板设计尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法进行切割，
成型后的钢板的切割边缘表面光滑、无毛刺、咬口及翘曲的缺陷；然后，用打磨机对钢板黏
合面进行打磨至呈现金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，并使钢板黏合面具有粗糙
度，对钢板外露面进行除锈至呈现金属光泽，并使钢板外露面保持干燥；最后将固定端波形
齿板和张拉端的固定块焊接在钢板非黏合面相应的位置；
C)粘贴和固定钢板，将胶黏剂同时涂抹在已处理好的混凝土梁底面和钢板黏合面上；然
后将钢板粘贴于预定位置，钢板粘贴好后，需在其表面施加0.05～0.1MPa的压力，使胶黏剂
恰好从钢板的边缝中挤出为宜，然后在20℃以上常温下使胶黏剂固化24小时，固化期间不
得对钢板有任何扰动；最后，清除钢板表面污垢和锈斑，在钢板外露面上涂刷两遍铁红色酚
酞防锈漆，再外涂两遍灰色面漆；
D)粘贴和固定U形钢板箍，在钢板的两端端头进行钻孔、清孔和注胶，再分别用胶黏
剂粘贴U形钢板箍，并通过螺栓进行加强锚固；
E)预应力碳纤维板的张拉和锚固，根据设计尺寸裁剪预应力碳纤维板，并将裁剪好的预
应力碳纤维板的两端分别置于锚固端波形齿板及张拉端波形齿板的底板与盖板之间，并使预
应力碳纤维板纵向轴线通过波形齿板的中心线，将张拉端波形齿板上的螺杆穿过固定块上的
通孔，在螺杆的伸出端依次套设固定螺母、反力块和反力螺母；然后用扳手对波形齿板的各
个螺母施加相应的扭力，确保波形齿板对碳纤维板的有效锚固又不剪断碳丝；将千斤顶置于
固定块和反力块之间，拧紧反力螺母后，逐级张拉千斤顶至张拉控制应力；张拉完成后，用
扳手拧紧固定螺母，卸除千斤顶；最后，在预应力碳纤维板表面及波形齿板上粉饰水泥复合
砂浆作为防护层，完成对混凝土梁的抗弯加固。
按上述方案，所述步骤A)中所述浮浆层厚度为2mm～3mm，所述凿毛深度不小于6mm。
按上述方案，所述步骤A)中还包括在完全露出混凝土新面后对存在空洞缺陷的部位进
行封补处理。
按上述方案，所述步骤C)中所述胶黏剂的涂抹厚度为3～5mm，中间厚两边薄。
按上述方案，所述步骤C)中粘贴完钢板后还需轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘
贴密实，若有空洞声，表示有空气，未粘贴密实，应剥下钢板，补胶黏剂后重新粘贴。
按上述方案，所述步骤D)中钻孔前先探明混凝土梁中的钢筋位置，并作标记，放出钻
孔的位置。
按上述方案，所述锚固端波形齿板和张拉端波形齿板均包括盖板和底板，所述盖板和底
板的对应的内侧端面均为波浪面，底板和盖板通过螺栓定位相连，张拉端波形齿板的底板的
外侧端面设有螺杆。
本发明的有益效果是：1、提供一种基于钢板-预应力碳纤维板的混凝土梁抗弯加固方法，
利用粘贴钢板加固时的易锚固性，将预应力碳纤维板的锚具固定于钢板上，从而提高预应力
碳纤维板加固的可靠性及混凝土梁加固后的整体性，也可以利用钢板良好的延性和刚度，解
决预应力碳纤维板加固时混凝土梁延性降低以及刚度的不足的问题；2、施加预应力的碳纤维
板，使混凝土梁成为一个主动受力的构件，加固施工完成之后梁体即开始受力，使构件的承
载力有大幅度的提高，同时，预应力也使混凝土梁上的裂缝减小，甚至闭合，减小了钢筋通
过裂缝所受的侵蚀作用，提高了混凝土梁的耐久性，改善了混凝土梁的整体受力性能，在混
凝土梁后期的使用过程中，可以根据预应力损失的情况，再次施加预应力。
附图说明
图1为本发明一个实施例的主视图。
图2为本发明一个实施例的俯视图。
图3为本发明一个实施例的锚固端波形齿板的结构示意图。
图4为本发明一个实施例的张拉端波形齿板的结构示意图。
其中：1.钢板，2.预应力碳纤维板，3.固定端波形齿板，4.螺栓，5.混凝土梁，6.张拉
端波形齿板，7.固定块，8.反力块，9.螺杆，10.固定螺母，11.反力螺母，12.U形钢板箍，
13.底板，14.盖板。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。
如图1-2所示，一种基于钢板-预应力碳纤维板的混凝土梁抗弯加固方法，其特征在于，
包括如下步骤：
1、混凝土梁5表面处理，首先对混凝土梁的表面裂缝进行封闭或灌封处理
达到养护时间后凿除2～3mm厚浮浆层，完全露出混凝土新面；其次用斩斧对露出的混凝土新
面进行凿毛处理，形成平整的粗糙面，凿毛深度不小于6mm；再次用水清洗混凝土表面上的
浮渣、尘土；最后对凹凸不平较严重的表面用环氧树脂砂浆进行修补；
2、钢板1的下料及处理，先根据钢板设计尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法进行切
割，成型后的钢板的切割边缘表面光滑、无毛刺、咬口及翘曲的缺陷；然后，用打磨机对钢
板黏合面进行打磨至呈现金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，并使钢板黏合面具有
粗糙度，对钢板外露面进行除锈至呈现金属光泽，并使钢板外露面保持干燥；最后将固定端
波形齿板3和张拉端的固定块7焊接在钢板非黏合面相应的位置；
3、粘贴和固定钢板，将胶黏剂同时涂抹在已处理好的混凝土梁底面和钢板黏合面上，涂
抹厚度为3～5mm，中间厚两边薄；然后将钢板粘贴于预定位置，钢板粘贴好后，轻轻敲击钢
板，如无空洞声，表示已粘贴密实，若有空洞声，表示有空气，未粘贴密实，应剥下钢板，
补胶黏剂后重新粘贴，需在其表面施加0.05～0.1MPa的压力，使胶黏剂恰好从钢板的边缝中
挤出为宜，然后在20℃以上常温下使胶黏剂固化24小时，固化期间不得对钢板有任何扰动；
最后，清除钢板表面污垢和锈斑，在钢板外露面上涂刷两遍铁红色酚酞防锈漆，再外涂两遍
灰色面漆；
4、粘贴和固定U形钢板箍12，在钢板的两端端头进行钻孔、清孔和注胶，再分别用胶
黏剂粘贴U形钢板箍，并通过螺栓4进行加强锚固，钻孔前先探明混凝土梁中的钢筋位置，
并作标记，放出钻孔的位置；
5、预应力碳纤维板2的张拉和锚固，根据设计尺寸裁剪预应力碳纤维板，
并将裁剪好的预应力碳纤维板的两端分别置于锚固端波形齿板及张拉端波形齿板6的底板13
与盖板14之间，并使预应力碳纤维板纵向轴线通过波形齿板的中心线，将张拉端波形齿板上
的螺杆9穿过固定块上的通孔，在螺杆的伸出端依次套设固定螺母10、反力块8和反力螺母
11；然后用扳手对波形齿板的各个螺母施加相应的扭力，确保波形齿板对碳纤维板的有效锚
固又不剪断碳丝；将千斤顶置于固定块和反力块之间，拧紧反力螺母后，逐级张拉千斤顶至
张拉控制应力；张拉完成后，用扳手拧紧固定螺母，卸除千斤顶；最后，在预应力碳纤维板
表面及波形齿板上粉饰水泥复合砂浆作为防护层，完成对混凝土梁的抗弯加固。
本发明将常用的两种加固方法进行有效地结合，使钢板和预应力碳纤维板各尽所能，相
得益彰。既可以利用粘贴钢板加固时的易锚固性，将预应力碳纤维板固定于钢板上，从而提
高预应力碳纤维板加固的可靠性及混凝土梁加固后的整体性，也可以利用钢板良好的延性和
刚度，弥补预应力碳纤维板加固时混凝土梁延性降低以及刚度的不足；另一方面，施加预应
力的碳纤维板，使混凝土梁成为一个主动受力的构件，加固施工完成之后梁体即开始受力，
使构件的承载力有大幅度的提高，同时，预应力也使混凝土梁上的裂缝减小，甚至闭合，减
小了钢筋通过裂缝所受的侵蚀作用，提高了混凝土梁的耐久性，改善了混凝土梁的整体受力
性能，此外，在混凝土梁后期的使用过程中，可以根据预应力损失的情况，再次施加预应力。
因此，利用上述两种材料组合加固混凝土梁既可以大幅度提高混凝土梁的抗弯承载力，又可
以提高混凝土梁的刚度、延性、整体性和可靠性，且施工方便，经济适用，在土木工程结构
加固领域具有广阔的应用前景。