碳纖維單向布加固技術(shù)在危橋改建中的應(yīng)用

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1、碳纖維單向布加固技術(shù)在危橋改建中的應(yīng)用聊城市交通運(yùn)輸局山東聊城252000摘要：碳纖維單向布具有高強(qiáng)度、高彈性模量和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用專用的樹脂和碳纖維布，按設(shè)計(jì)要求粘貼于碗表面，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)物加固補(bǔ)強(qiáng)效果。通過對(duì)梁、板、柱等進(jìn)行加固前后大量對(duì)比試驗(yàn)，力學(xué)性能顯著得到提高,據(jù)試驗(yàn)研究統(tǒng)計(jì)粘貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5?8%。此技術(shù)與其他粘鋼、噴射碗等加固技術(shù)相比，具有自重小、施工簡便、施工周期短和耐久性好等特點(diǎn)，近幾年在公路的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：碳纖維；單向布；橋梁；加固一、概述碳纖維單向布具有高強(qiáng)度、高彈性模

2、量和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用專用的樹脂和碳纖維布，按設(shè)計(jì)要求粘貼于碗表面，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)物加固補(bǔ)強(qiáng)效果。通過對(duì)梁、板、柱等進(jìn)行加固前后大量對(duì)比試驗(yàn)，力學(xué)性能顯著得到提高，據(jù)試驗(yàn)研究統(tǒng)計(jì)粘貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5?8%。此技術(shù)與其他粘鋼、噴射碗等加固技術(shù)相比，具有自重小、施工簡便、施工周期短和耐久性好等特點(diǎn)。美國、日本、德國等國于二十世紀(jì)八十年代開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，目前已經(jīng)大量使用此技術(shù)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，僅日木1997年用于加固修復(fù)的碳纖維布使用量就達(dá)70萬平方米。我國近兩年來，科硏單位和院校在這方面的硏究和應(yīng)用做了大量工作，生產(chǎn)

3、出一系列的碳纖維復(fù)合材料，使工程降低了費(fèi)用，同時(shí)也取得了較成熟的設(shè)計(jì)方法和施工經(jīng)驗(yàn)，為廣泛推廣該技術(shù)創(chuàng)造了有利條件。二、聊城市冠縣馬頰河大橋改造案例聊城市冠縣馬頰河大橋位于冠縣閆營鎮(zhèn)境內(nèi)，于1998年建成。橋梁上部結(jié)構(gòu)為6跨、L=18m預(yù)應(yīng)力碗簡支梁。中央設(shè)隔離帶，兩側(cè)為雙向機(jī)動(dòng)車道，兩外側(cè)為非機(jī)動(dòng)車道，全寬35m0隨著交通量的增長，橋梁現(xiàn)有的寬度已不能滿足交通量的需要，為確保通行安全，需將現(xiàn)況橋梁向南、北兩側(cè)拓寬至55m,將現(xiàn)兩外側(cè)的非機(jī)動(dòng)車橋改建為輔路橋，并新建非機(jī)動(dòng)車橋?，F(xiàn)況橋上部結(jié)構(gòu)主梁和中墩蓋梁，對(duì)應(yīng)機(jī)動(dòng)車道部分的荷載均按公路一一

4、級(jí)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)非機(jī)動(dòng)車橋的主梁拆除更換，但各中墩蓋梁的機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車中間未斷開，為三跨聯(lián)的變截面普通鋼筋栓連續(xù)結(jié)構(gòu)。經(jīng)反復(fù)核算比較，為盡量減小蓋梁正負(fù)彎矩區(qū)的補(bǔ)強(qiáng)加固工作量，一方面采用了減輕橋梁自重措施，將檜橋面改為輕質(zhì)（容重為19KN/m3）栓橋面，另一方面加寬中墩蓋梁下墩柱寬度，蓋梁的正負(fù)彎矩及剪力均相應(yīng)減小，這樣對(duì)應(yīng)機(jī)動(dòng)車部分蓋梁的現(xiàn)鋼筋配置可滿足設(shè)計(jì)要求，而對(duì)應(yīng)輔路（現(xiàn)非機(jī)動(dòng)車橋）部分蓋梁按現(xiàn)配筋其應(yīng)力與設(shè)計(jì)要求相差10?15%。為節(jié)省工程投資，且根據(jù)交通不允許中斷的情況，經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)，確定將全橋的5排中墩蓋梁的20個(gè)正負(fù)彎矩區(qū)進(jìn)行

5、補(bǔ)強(qiáng)加固處理，全橋蓋梁加固面積395平方米。三、加固方案和材料的選定1、加固方案的選定各中墩蓋梁原設(shè)計(jì)為隱形蓋梁給加固工作帶來較大的困難，最早提出釆用噴射鋼纖維碇和外包鋼板的加固方案，因主梁梁端在跨間處距蓋梁外側(cè)面僅5cm,經(jīng)計(jì)算比較與施工空間的限制上述兩方案可行性較小，最后確定選用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。碳纖維布的極限抗拉強(qiáng)度高于普通鋼筋的10倍以上,而彈性模量也與鋼筋相近，較適合于鋼筋栓結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固工程。另外施工簡便,適用于要求施工周期短的加固工程。2、材料的選定近二、三年來，我國引進(jìn)了美國、日本生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料，進(jìn)行了一些工

6、程的加固，并取得了較好效益，但費(fèi)用高影響推廣應(yīng)用。近期由于國產(chǎn)化系列的碳纖維復(fù)合材料的岀現(xiàn)，為該工程材料的選用奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)比較采用北京某公司的碳纖維布和配套樹脂，其中碳纖維布采用的是國外進(jìn)口優(yōu)質(zhì)絲，質(zhì)量可靠穩(wěn)定，費(fèi)用較低。產(chǎn)品通過國家級(jí)質(zhì)檢部門的嚴(yán)格檢驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平。通過采用上述碳纖維復(fù)合材料對(duì)鋼筋梁、板和柱等構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固前、后不同類型的力學(xué)性能試驗(yàn)研究，以及對(duì)施工環(huán)境條件、施工工藝的防護(hù)層的探討和研究，并經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)與檢驗(yàn)證實(shí)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、優(yōu)良，并在航天、航空和軍事方面得到應(yīng)用，現(xiàn)以批量生產(chǎn)。四、施工工藝

7、為確保受彎鋼筋蓋梁結(jié)構(gòu)的原受力鋼筋與加固碳纖維能夠同步工作，應(yīng)該盡量縮短原蓋梁鋼筋與碳纖維的應(yīng)力應(yīng)變的差值，蓋梁加固時(shí)需考慮卸載措施,這樣可推遲將原蓋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋受力轉(zhuǎn)給碳纖維的時(shí)間，積極地改善蓋梁結(jié)構(gòu)，并使得破壞時(shí)原鋼筋和碳纖維各自進(jìn)入極限狀態(tài)，蓋梁的總體強(qiáng)度顯著得到提高。蓋梁加固吋卸載措施：拆除原荷載標(biāo)準(zhǔn)低的主梁→碳纖維布粘貼加固→安裝新標(biāo)準(zhǔn)荷載主梁。加固施工工藝1、對(duì)被加固栓表面作打磨處理，除去風(fēng)化層，露出新茬，清除灰塵，保持清潔。2、將表面處理樹脂均勻涂刷在待施工的界面上，不得有遺漏處。3、待表面樹脂不粘手時(shí)，用

8、修平樹脂找平基面，做到基面平整無凹陷處。4、待修平樹脂不粘手已基本固化后，即可將浸漬樹脂均勻涂刷在上面，厚度約3?5mm,不得有過厚、過薄或有遺漏處。5、將碳纖維單向布展開、拉緊