最近的武汉军山大桥项目让上海悍马的预应力碳纤维板系统得到了一次体量空前的应用与检验。所谓业精于勤，在专注开发应力更大、体积更小的预应力系统的同时，上海悍马亦对预应力碳纤维系统的加固设计有着深刻的理解，那么下面就带各位读者来品品其中三昧吧：

首先，预应力碳纤维板系统有别于预应力钢绞线系统，是一种有粘接的预应力加固模式。锚具仅承担张拉时的预应力效果，在张拉完成后应力荷载依靠碳纤维板胶与目标结构连接并传递。因此预应力碳纤维系统可以看做是粘贴碳纤维板加固的“高定”版本。通过调整碳纤维板的预应力和预应变数值后，使碳纤维板与原构件“同时”受力。并使原构件在达到加固后极限状态时，碳纤维板能充分发挥其抗拉强度。同时将原构件的裂缝与挠度控制在容许的范围内。

预应力碳纤维系统的设计方案可以按照两种思路来：

思路一：按照加固后构件所需的目标抗弯承载力计算加固后极限状态下的相对受压区高度，然后通过抗弯截面受力平衡求得所需碳纤维板截面积，并选取所需的碳纤维板规格。然后按照抗拉强度设计值的0.6~0.7倍取值作为张拉应力复合加固后构件在设计荷载下的裂缝及挠度限值。如若数值不满足规定取值则说明原构件变形过大，宜按裂缝或挠度控制的思路进行设计，可采用思路2进行设计。

思路二：按照加固后构件的挠度及裂缝的限值进行设计。主要思路依据《公路钢筋混凝土简支梁桥的体外预应力加固技术》第七章中有关预应力度的方法。预应力度是一个描述预应力数值大小的参数，定义为预应力消压弯矩与工作弯矩的比值。对于不同的原有设计荷载工况与现有目标荷载工况可以查表得合适的预应力度取值。那么首先根据预应力度预估跨中截面消压弯矩与截面下缘有效预压力（由预加力产生的混凝土法向应力），然后反解得后张法构件的预加力即为预应力碳纤维板所需的张拉应力数值。再按照抗拉强度设计值的0.6~0.7倍取值计算所需的碳纤维板截面积，并选取所需的碳纤维板规格。最后复核所需构件的目标抗弯承载力是否符合要求，并验算实际裂缝与挠度数值。如若所需构件抗弯承载力不符合要求，说明原构件加固宜按承载力控制，可采用思路1进行设计。

上述两种设计思路乍看起来差别仅为预估碳纤维面积的方法不同（按承载力预估或者按裂缝、挠度预估），但实际上两种方法考虑的是原构件设计形式的区别以及提高承载力后的构件失效形式的不同。比如原构件截面面积较大而配筋率较小，则提高承载力后较易出现受拉区钢筋延性损坏。在这种情况下，桥梁的挠度由于截面刚度足够一般不会超标，采用抗弯承载力作为目标变量进行计算比较合适。

这种设计方式一般在大型桥梁箱梁或者大型建筑的主梁中比较常见。但是如果原构件的截面面积较小而配筋率较大，此时由于承载力不足引起的受压区混凝土高度不足的可能性大大增加。或者由于构件本身自重或者荷载导致的既有裂缝、挠度过大需要消除时，控制截面下缘有效预压力（即依照张拉应力设计），同时控制整体变形减小挠度，缩小裂缝或者控制受压区高度是一种比较合理的设计思路。

但是依据GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》10.2.10条文要求，对于所有碳纤维加固构件必须复核加固后正截面受弯承载力不得超过原有承载力的40%。一般来说如若承载力不足引起相对受压区高度不足时，其加固后所需承载力已大大超过40%的需求，所以此种情况直接运用预应力碳纤维系统或者普通碳纤维复合材的情况微乎其微。基本设计思路还是直接采用粘钢或者扩大截面的加固方法或者在粘钢和扩大截面的基础上使用碳纤维复合材进行进一步的加固。

总而言之，因为预应力碳纤维板系统的使用工况较为复杂，既承担了碳纤维本身作为加固材料在二次受力情况下的应力分量，也承担了作为后张法预应力系统对原有构件的卸载保护。针对不同的构件形式及潜在的构件失效模式以及荷载工况，应采用不同的设计思路进行设计，以求以最快最合理的计算方法得到所需的碳纤维板用量及张拉应力。

本文链接http://www.shhorse.com/Article/ttyyltxdwbd_1.html  

（本文系悍马加固材料原创，转载请注明出处， 并于本人联系，如有侵权，后果自负。）