0 引言

CFRP（碳纤维增强复合材料）是一种将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型的复合材料，具有高弹模、抗拉强度大、质量轻、厚度薄、抗老化等特点。

CFRP布加固混凝土结构的技术研究在美、日等发达国家开展较早，我国在上世纪九十年代开始对碳纤维加固技术展开研究并应用到实际工程。近年来，国内外学者取得了相当可观的科研成果，彭晖等[1]通过试验比较普通CFRP布和预应力CFRP布加固试件梁的受力情况证明采用预应力CFRP布加固对试件梁抗弯刚度的影响较大；Norris等[2]对开裂梁进行碳纤维布加固，确定了当CFRP布粘贴的方向与构件开裂方向相互垂直时，CFRP布端部就会剥离破坏；Correia等[3]研究了预应力CFRP加固混凝土板后的抗弯性能，提出不同锚固方式对加固效果产生不同的影响。在越来越重视安全问题的今天，CFRP布加固技术将发挥其不可代替的作用。

本文结合某一公路桥为背景，根据现有资料，采用预应力CFRP布加固桥梁的模型进行数值计算，为实际公路桥梁加固工程提供理论依据。首先分别选用后张法、先张法预应力碳纤维布对某预应力混凝土箱形梁桥进行加固，然后根据现有文献关于碳纤维布预应力损失的试验数据和计算结果，将预应力损失值计入到数值模拟当中，最后对两种方法加固后的箱形梁桥进行静力分析。

1 分析模型

本文以实际工程中某一公路桥（预应力混凝土箱形梁桥）为背景，该桥主桥上部结构采用单箱两室截面，跨径布置为25m+30m+30m+25m，下部结构为5根15 m高的矩形截面桥墩。箱梁采用C40混凝土浇筑，桥墩采用C30混凝土浇筑，预应力筋抗拉强度值fpk=1860MPa。汽车设计均布荷载[4]为10.5kN/m，人群荷载为3kN/m2。通过对该梁桥的观测，发现该桥由于使用年限长、超载车辆通行等因素造成了部分混凝土出现开裂现象，影响该桥梁继续使用，急需进行加固修复。本文利用有限元分析对预应力碳纤维布[5]粘贴箱梁和桥墩的加固模型进行数值计算，由于预应力施加的方法不同，分别对两种方法加固后的箱形梁桥进行静力分析，来探讨后张法和先张法的加固效果。

1.1 分析模型Ⅰ（加固前）

实体模型单元采用正六面体形式，箱梁各跨简化为整体。网格划分后的加固前原箱形桥如图1所示。

图1 加固前箱形桥模型

在有限元分析中对预应力钢筋混凝土的分析方式有两种：即分离式和整体式。分离式是指将混凝土和力筋的作用分别加以考虑，以载荷的形式代替预应力钢筋的作用，如等效载荷法；整体式是指将混凝土和钢筋的作用同时考虑，用Link单元模拟预应力钢筋，如降温法、初始应变法。本文同样选用降温法用于钢筋施加预应力[6]。预应力钢筋布置[7]如图2所示。

图2 预应力钢筋布置图

1.2 分析模型Ⅱ（加固后）

采用后张法对碳纤维布施加预应力并锚固在箱梁底部，从桥墩底部锚固2.5m高的预应力碳纤维布；采用先张法对碳纤维布施加预应力，并沿纵向粘贴在箱梁底部，从桥墩底部缠绕粘贴2.5m高预应力碳纤维布。碳纤维布参数见表1。

表1 碳纤维布参数

单位重量/（g·m-2）间距/mm 3000.16734002.45150200设计厚度/mm抗拉强度/MPa弹性模量/MPa宽度/mm

有限元分析中对CFRP布施加预应力的方式有以下几种：

研究预应力碳纤维布对箱形梁桥应力的影响，通过加固前对先张法加固及后张法加固箱梁的受拉区对比分析，得出采用后张法加固后最大拉应力减小49%；采用先张法加固后最大拉应力减小38%。结果表明无论采用后张法或者先张法，粘贴预应力碳纤维布加固后箱形梁桥的拉应力状况得到了改善，但是从整体上来看采用后张法的加固效果明显比先张法的加固效果好。

从以上分析中我们可以看出，由于阳离子交替吸附作用，水中 Ca2+、Mg2+置换出岩土所吸附的 Na+，使得 Ca2+、Mg2+含量减少，Na+含量增加。这也是本区Cl-Na型水形成原因之一。

（2）直接加力，然后在分析时打开Prestress，On。

（3）降温法模拟。

其次，由于当前的值班律师采用的是“轮班制”，而且每个值班律师面对的案件又较多，因此值班律师在案件的处理上往往缺乏连贯性和一致性，值班律师通常仅仅为被告人提供一些暂时性、过渡性的法律服务。相比那些当事人委托的辩护律师和法律援助律师，值班律师的服务水平还有待进一步提高。

后张法在放张过程中碳纤维布与锚具间存在滑移和锚具变形引起预应力损失[8]，根据现有试验和理论计算结果，预应力损失取初始预应力的15%；先张法除了放张过程中造成预应力损失，粘贴过程造成的预应力损失也占总损失的很大比例，根据现有试验和理论计算结果，预应力损失取初始预应力的20%。预应力碳纤维布的布置如图3所示。

图3 预应力碳纤维布布置图

2 静力分析

2.1 桥梁结构的应力分析

（1）直接在单元中施加初识应变。

1#桥墩所选节点相对2#和3#桥墩而言，拉应力整体而言相对较大，而3#桥墩节点相对于1#和2#桥墩的整体压应力较大。对于同一位置处，3#桥墩所选取节点拉应力和压应力都相对稳定，变化幅度没有1#和2#桥墩大，正是由于3#桥墩处于对称轴位置，基本属于轴心受压，而1#和2#桥墩属于偏心受压。

通过未加固箱梁对后张法加固及先张法加固的受压区域的压应力对比分析，得出采用后张法加固后最大压应力减小36%；采用先张法加固后最大压应力减小32%。表明无论采用后张法或者先张法，通过预应力碳纤维布加固后箱形梁桥压应力状况得到了改善，但是后张法加固对压应力的减小程度要比先张法加固对压应力的减小程度高。

2.2 桥梁节点的应力分析

2.2.1 加固前

为了更精确的研究预应力碳纤维布加固效果，提取箱梁边跨跨中截面、中跨跨中截面的分节点应力计算结果进行分析[9]，可以得出，箱梁边跨跨中、中跨跨中截面最大拉应力基本上都在梁底，分别为2.21、2.25MPa。虽然边跨跨中截面最大拉应力小于中跨跨中截面最大拉应力，但边跨跨中截面的整体拉应力要大于中跨跨中截面的整体拉应力，符合实际情况。

箱梁边跨跨中、中跨跨中截面最大压应力基本在梁顶，分别为2.66、3.54MPa。虽然边跨跨中截面最大压应力小于中跨跨中截面最大压应力，但边跨跨中截面的整体压应力要大于中跨跨中截面的整体压应力，符合实际情况。

2.2.2 后张法加固

为了更精确的研究预应力碳纤维布加固效果，提取箱梁边跨跨中截面、中跨跨中截面分节点应力的计算结果进行分析[10]。

中跨跨中截面最大拉应力减小了1.13MPa，同比降低了50%，与此同时可以看出箱梁中跨跨中底部截面拉应力的改善效果很明显。

经过先张法加固后，1#桥墩、2#桥墩、3#桥墩所选节点的拉应力和压应力都有所变化，表明经过先张法加固后，桥墩的拉应力和压应力都有减小趋势，而且边墩的所选节点拉应力减小幅度较大，中墩的部分节点压应力减小幅度较大。

2.2.3 先张法加固

通过与后张法加固后箱梁截面拉应力相比较，不难发现先张法加固无论对箱梁底部拉应力还是对整体拉应力改善程度比后张法加固对拉应力改善程度小。

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为了更精确的研究预应力碳纤维布加固效果，提取箱梁边跨跨中截面、中跨跨中截面的分节点应力计算结果进行分析。

漫画4 设计了西方圣诞节常见的情境。 壁炉上方是带有“减税”字样的圣诞花环，下方挂了两只圣诞袜，等待装载圣诞礼物。 按照西方习俗，圣诞节前夕人们把长袜挂在壁炉旁，等待圣诞老人夜里从烟囱下来，给大家带来满袜子的礼物。 这幅漫画中两只分别标有“富人”、“中产阶级”的圣诞袜挂在壁炉旁，呈对称分布，再现为大小相同，朝向相反的实物。 不难看出，袜口朝上的“富人”袜子可以承载大量礼物，而对于朝下的“中产阶级”的袜子无法容纳减税带来的红利，形成了多模态隐喻“中产阶层的减税政策是倒置的圣诞袜”。 漫画幽默地营造出减税政策对于美国社会两阶层人民的影响迥异，富裕阶层享受的减税优惠要多于其他中产阶层。

通过与后张法加固后相比较，不难发现先张法加固无论对箱梁截面顶部压应力还是对箱梁整体压应力改善程度都不如后张法加固对压应力改善程度。

2.3 桥墩节点的应力分析

本节将研究桥墩截面[11]在后张法、先张法加固后的应力变化，由于箱形梁桥的五个桥墩关于中墩对称，仅对一侧三个桥墩（从边墩至中墩分别为1#桥墩、2#桥墩、3#桥墩）节点进行分析。选取三个桥墩同一水平高度同一位置部分节点第一主应力，同一水平高度同一位置部分节点第三主应力，通过数值计算进行分析，加固前、后张法加固后、先张法加固后的部分节点应力见表2、表3、表4。

经过后张法加固后，1#桥墩、2#桥墩、3#桥墩的拉应力和压应力都有所变化，表明后张法预应力碳纤维布加固对桥墩的拉应力和压应力都所有减小，而且对边墩的部分节点拉应力减小幅度较大，对中墩的部分节点压应力减小幅度较大。

表2 桥墩节点应力（加固前）

桥墩号 节点号 第一主应力/MPa节点号 第三主应力/MPa 454020.6563363163.37211#2#454220.6038363503.3371452420.6617361323.3802452820.6123362233.3461458580.5901367825.5783458170.6241367235.5439456780.5811365825.5892455910.6176365055.5579464080.5925373325.70753#463670.5931372815.7081460930.5839370675.7926460060.5861370125.7921

表3 桥墩节点应力（加固后、后张法）

桥墩号 节点号 第一主应力/MPa节点号 第三主应力/MPa 1022350.4594931493.20341#2#1022350.3925931833.17691120680.4698929653.18751121080.3735930563.20891118600.4484936155.02051118190.4930935564.98341116800.4707934154.97441115930.4801933384.89091124100.4385941654.37583#1123690.4330941144.37601120950.4087940004.41791120080.4631939454.4170

表4 桥墩节点应力（加固后、后张法）

桥墩号 节点号 第一主应力/MPa节点号 第三主应力/MPa 1022350.4869931493.33831#2#1022550.4156931833.30671120680.4985929653.33491121080.3951930563.31731118600.4763936155.26901118190.5220935565.17781116800.4999934155.28901115930.5052933385.15241124100.4795941654.69523#1123690.4799941144.69601120950.4765940004.72491120080.4932939454.7243

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不过，西方很少强调媒体的教化功能，这一功能往往隐藏在“客观性原则”的背后。长期以来，欧美报业号称奉行“只报道事实，不报道意见”（罗翔宇2002：45）的客观报道原则，事实却并非如此。席勒在1969年就指出，美国的传播事业实际上已经成为军事部门、政府机构和垄断集团共同控制的“军事-工业联合体”，（转引自骆正林2011：6）并无任何客观中立性可言。乔姆斯基也曾表示，《纽约时报》看上去像一份官报。（ibid.：7）由此可以看出，西方媒体遵从本国意识形态进行新闻报道，其功能就是为读者构建某种特定的叙事并引导其接受这种叙事。

中跨跨中整体压应力都得到改善，截面最大压应力减小0.06MPa，同比降低了1.7%。但是相对于箱梁截面拉应力的改善程度，后张法对箱梁截面整体压应力的改善程度较弱。

岩白菜素对照品（批号：111532-201604，纯度：94.1%）、毛两面针素对照品（批号：111718-201402，纯度：＞98%）均购于中国食品药品检定研究院；乙腈为色谱纯，其余试剂均为分析纯，水为去离子超纯水。

后张法在对桥墩应力改善效果比先张法好，建议后续依托桥梁工程加固采用后张法。

大豆霜霉病主要发生在东北及华北地区，以黑龙江、吉林等地最为严重。该病害危害幼苗、叶片、豆荚和籽粒。被害种子带病率可达10-50%，导致种子发芽率下降，含油量降低，大豆品质变劣，产品贬值。叶部发病可引起叶片提早脱落，造成大豆减产。

2.4 梁桥结构的挠度分析

结构刚度作为桥梁承载能力的一个重要的衡量标准，其值越大，桥梁承载能力也越大。而结构刚度又可以通过挠度来反映，挠度越小，刚度反而越大。本节通过对加固前、后箱形梁桥的挠度进行分析，来判断预应力碳纤维布是否对桥梁结构刚度有所提高。加固前、后张法加固后、先张法加固后的桥梁竖向位移的俯视图见图4。

为了改善电解厂房生产环境，电解厂房配设了送风机组系统。送风机组为3台TZK- 120、2台TZK- 180型，送风量分别为120 000 m3/h 、180 000 m3/h。送风总管为10 mm厚CPVC塑料2 200 mm×2 200 mm方形风筒，支管为DN400 mm CPVC，多风口多点均布于二楼电解槽旁，送风系统配有多级调控便于分配的插板阀、球阀、平行式多叶调节阀,采用下进上排式送风，夏季把厂房外新鲜清凉空气强制输送到电解槽旁，冬季采用135 ℃左右蒸汽将进风加热至24 ℃以上送入厂房,将潮湿酸雾从屋顶通风架窗户排除。

图4 加固前后梁桥第一主应力（单位：M P a）

通过采用预应力碳纤维布加固对箱形梁桥结构竖向位移有所减小，表明在很大程度上提高了箱梁的抗弯刚度。但是通过结果对比，采用后张法加固后的箱梁竖向位移减小程度要比先张法加固后的情况高出5%，因此建议后续依托桥梁工程加固采用后张法。

3 结语

（1）采用后张法加固后，无论箱形梁桥的整体拉应力、压应力有所改善，其中箱梁的各跨底板拉应力减小程度较大，最大拉应力减小幅度达到49%；采用先张法加固后箱梁、桥墩的应力有所改善，同样对箱梁跨中拉应力减小程度较大，最大拉应力减小幅度达到38%；

（2）通过对挠度计算结果分析，采用后张法加固后箱形梁桥竖向位移峰值减小50%左右，采用先张法加固后竖向位移峰值减小45%；

（3）通过结果数据分析，得出后张法加固无论对桥梁整体应力的改善程度或是对箱梁挠度的减小都比先张法加固情况的整体效果明显好很多，考虑依托公路桥梁工程承担的交通运输任务比较重，为极大提高加固后桥梁的可靠度，建议后续加固采用后张法。而对于车流量和人流量较小的桥梁，可采用先张法加固保证其安全性并定期对碳纤维布进行维护即可。

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