孫海軍1    潘欣欣2

摘要：隨著我國橋梁事業(yè)的不斷發(fā)展，進一步加強對橋梁的養(yǎng)護維修、加固及技術(shù)改造的研究及其工程應用有其重要意義。論文重點探討了碳纖維加固橋梁的關(guān)鍵設(shè)計，并對加固的施工質(zhì)量控制進行了探討，旨在碳纖維加固技術(shù)在橋梁工程中的推廣應用積累了寶貴的經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：橋梁加固   碳纖維  施工

橋梁加固是指對有缺陷的橋梁構(gòu)件進行補強，改善結(jié)構(gòu)性能，恢復和提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全度，提高其承載能力、通行能力，以延長橋梁的使用壽命， 對原有橋梁進行加固補強、改造翻新，最大程度利用現(xiàn)有資源，保證其使用安全，延長其使用壽命是當今國際工程界關(guān)注的重大課題之一。目前我國已有一定數(shù)量的橋梁發(fā)生老化，危橋逐年增多，舊橋加固己成為橋梁設(shè)計、研究、管理部門的當務之急。
1橋梁加固的新方法－碳纖維加固法
首先，現(xiàn)有主要加固技術(shù)有如下幾種，詳見表1
表1 常見的橋梁加固技術(shù)的對比
序號 加固方法 適用范圍 施工特點 加固效果
1 體外預應力 抗彎、抗拉、抗剪，適用
于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的
加固 工序多、工藝復雜、
施工困難、施工周期
長、施工風險大。 效果直接、顯著，
并大幅度提高結(jié)
構(gòu)整體的承載.
2 加大截面加固 適用較小跨徑的T型梁
橋或板橋的加固。 工藝簡單，適應性強，
作業(yè)時間長，凈空減
小，自重增大。 剛度及承載力效
果明顯。
3 粘貼鋼板 抗彎、抗剪、抗拉，適用
承受靜力作用，且處于受
正常濕度受彎、受拉構(gòu)件 工序多、施工簡單、
施工周期較短 效果取決于膠粘
工藝及操作水平
4 粘貼碳纖維布 抗拉、抗彎、抗壓 工序少、施工簡單、
施工周期短 結(jié)構(gòu)有變形后才
能發(fā)揮作用
碳纖維又稱增強復合材料，是60年代以來隨著航天工業(yè)等尖端技術(shù)對復合材料的苛刻要求而發(fā)展起來的新材料，具有耐腐蝕、高強、彈性模量與鋼相近和抗疲勞性能好等優(yōu)點，90年代在國際上對碳纖維材料怎樣應用于土建工程中進行了廣泛和系統(tǒng)的研究，尤其在橋梁、隧道和房建加固工程中首先得到了廣泛采用。采用碳纖維布粘貼加固，一般是粘貼在梁底受拉區(qū)，以提高截面的抗彎承載力，這時碳纖維布的作用類似于梁底受拉鋼筋。碳纖維布和混凝土梁通過粘結(jié)層傳遞剪應力(錨固剪應力)和粘結(jié)正應力(剝離正應力)，以達到共同工作的目的。
將碳纖維材料用于橋梁加固，其主要特點如下: (1)比強度和比剛度高:輕質(zhì)高強，采用碳纖維材料材料可以減輕結(jié)構(gòu)自重，碳纖維T300/環(huán)氧5208的比強度是鋁材的6.3倍，比剛度是鋁材的4.16倍;(2)耐腐蝕性良好:FRP材料可以在酸堿氯鹽和潮濕環(huán)境中長期使用，這是傳統(tǒng)金屬材料難以比擬的;(3)彈性性能好:應力應變曲線接近線彈性，在發(fā)生較大變形后還能恢復原狀，塑性變形小，有利于結(jié)構(gòu)偶然超載后的變形恢復，這一特點在加固領(lǐng)域非常重要;(4)減振性能好:復合材料自振頻率高，可避免早期共振，同時其內(nèi)摩擦很大，一旦激起振動，也很快衰減;(5)疲勞性能好:一般金屬的疲勞強度為拉伸強度的40%～50%，而某些復合材料的疲勞強度可達到其拉伸強度的70%～80%。施工方便，加固費用低、不減少橋下凈空，加固施工不影響交通; (6)其它優(yōu)點，良好耐熱性能、透電磁波等。
2碳纖維加固鋼筋混凝土橋梁設(shè)計要點
1）采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時，應通過配套的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑將碳纖維片材粘貼于構(gòu)件表面，使碳纖維片材承受拉力，并與混凝土變形協(xié)調(diào)，共同受力。2）碳纖維片材可采用下列方式對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固:在梁、板構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進行受彎加固，纖維方向應與加固部位的受拉方向一致。采用環(huán)形箍或U形箍對梁、柱構(gòu)件進行受剪加固，纖維方向宜與構(gòu)件軸向垂直。采用環(huán)向圍束粘貼對柱進行抗震加固，纖維方向應與柱軸向垂直。3）采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時，應按極限狀態(tài)設(shè)計法進行承載能力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)驗算。鋼筋和混凝土材料宜根據(jù)檢測得到的實際強度，按國家現(xiàn)行有關(guān)標準確定其相應的材料強度設(shè)計指標。碳纖維片材應根據(jù)構(gòu)件達到極限狀態(tài)時的應變，按線彈性應力應變關(guān)系確定其相應的應力。4）加固設(shè)計時，應采取措施使原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件不致因碳纖維片材加固部位意外失效而導致坍塌。5）碳纖維片材不能設(shè)計為承受壓力，但在反復荷載下碳纖維片材在經(jīng)受一定的壓力作用后，仍可承受拉力。6）碳纖維片材應采用配套樹脂類粘結(jié)材料粘貼于構(gòu)件表面，在構(gòu)件受力過程中應與構(gòu)件保持變形協(xié)調(diào)。應采取措施保證不發(fā)生因粘貼面過早剝離而導致加固效果顯著降低。
3碳纖維加固鋼筋混凝土橋梁施工技術(shù)要點
1）混凝土破損區(qū)域的清理。對混凝土出現(xiàn)的蜂窩麻面、松散、孔洞、破碎、剝落等缺陷的部位以及鋼筋外露區(qū)域，可采用人工鑿除法、氣動工具鑿除法或高速射水法將該處松散、破損、污損的混凝土清除干凈，直至露出堅硬密實的基面，同時應注意保證該部位無油污、油脂、蠟狀物、灰塵以及附著物等物質(zhì)。2）鋼筋銹蝕區(qū)域的清理。在混凝土表面破損清理完畢后進行;用鋼刷清除鋼筋表面的浮銹，使之露出光潔部分; 對經(jīng)探查確定的鋼筋銹蝕區(qū)域，應清除掉混凝土表面的油污、油脂、蠟狀物等有機污物;3）鋼筋防銹、阻銹的清理。對外露的鋼筋涂刷鋼筋保護劑，鋼筋保護劑的選用應滿足設(shè)計提出的材料特性要求，涂刷時滿足施工規(guī)范要求;對鋼筋銹蝕區(qū)域采用多功能阻銹劑(表面涂刷型)處理，可滾刷或噴涂于結(jié)構(gòu)表面，選用材料應滿足施工規(guī)范要求; 根據(jù)所選用材料的物理化學性能指標選擇合適的施工條件進行施工。4）混凝土破損修補處理。在混凝土破損區(qū)域清理完成以及鋼筋除銹、阻銹處理工作完畢后進行;按照橋梁維修養(yǎng)護相關(guān)規(guī)定及要求，采用與結(jié)構(gòu)混凝土標號相當?shù)沫h(huán)氧修補砂漿對破損區(qū)域進行修補，要求修補后結(jié)構(gòu)平整密實;所用環(huán)氧砂漿應具有較低的膨脹系數(shù)、收縮率和放熱溫度，并且還應具有較高的粘結(jié)力、硬度及抗沖擊性能，環(huán)氧砂漿的配合比根據(jù)試驗確定;修補區(qū)域如處于潮濕狀態(tài)，應采取相應措施使修補位置保持千燥，或選用能在潮濕狀態(tài)下施工的材料，確保修補質(zhì)量;應根據(jù)材料物理化學性質(zhì)、修補厚度以及氣候條件等因素作好養(yǎng)護工作。5）裂縫處理。對結(jié)構(gòu)上、下部存在的所有裂縫進行處理，對于裂縫寬度fw<0.15mm且裂縫深度較淺的細小裂縫可采用樹脂封閉膠進行涂刷封閉處理，對于裂縫寬度0.15mm≤fw≤0.5mm的裂縫采用裂縫灌注膠或?qū)Ｓ铆h(huán)氧樹脂漿液進行灌注處理;對于fw大于0.5mm的裂縫進行鑿槽嵌補處理。裂縫灌注方法采用壓力灌注法進行施工，采用其它材料及技術(shù)時，應得到設(shè)計人員及施工監(jiān)理的批準。6）鉆孔植筋。對照原施工圖和竣工圖，掌握該部分的受力主鋼筋和結(jié)構(gòu)鋼筋的分布情況，精確量出需植筋的具體位置，并盡量與受力主鋼筋、結(jié)構(gòu)鋼筋錯開布置，必要時采用鋼筋定位儀測量原有鋼筋位置，確保鉆孔不會損傷原橋主筋。植筋孔位與設(shè)計位置最大偏移不大于5cm; 將已制作好的植筋材料運至現(xiàn)場，逐根檢查鋼筋或螺栓有無油污、銹蝕以及植筋的一端是否有彎頭等，同時保證鋼筋的搭接長度大于35d，保證螺栓的預留長度。7）結(jié)構(gòu)表面防護處理。施工應在混凝土破損修補以及裂縫處理完成后進行;可噴射或用滾筒裝置施工，但產(chǎn)品粘稠度較小，因此建議用刷子刷或直接用布抹，且要節(jié)約使用;在正常的氣候條件下，干燥時間大約為2小時，選擇天氣好且濕度小的條件施工，絕對不能在雨天施工，必須保證涂層獲得充分的干燥;使用了石油溶劑油或洗滌液的工具要進行清洗。
4結(jié)語
總之，論文重點探討了碳纖維加固結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論和有效的構(gòu)造措施，并對施工過程中應該注意的問題提出個人意見，僅供參考。
參考文獻：
[1]騰錦光，陳建飛，s.T.史密斯，林力.FRP加固混凝土結(jié)構(gòu).中國建筑工業(yè)出版社;
[2]葉列平，馮鵬.F即在工程結(jié)構(gòu)中的應用與發(fā)展閉.土木工程學報2006, 39(3):24-36;
[3]碳纖維布抗拉強度、彈性模量、伸長率檢測報告.冶金工業(yè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站檢測中心，2006;