关于桥梁碳纤维加固技术的应用分析

摘要：桥梁的使用寿命会因为恶劣的自然环境以及不合理的使用而被大大缩短，同时桥体本身的损坏程度也会由于种种原因而被加大加深。比之于桥梁的建造费用，对桥梁进行加固维修更加经济划算。深入研究桥梁加固技术，尤其是桥梁碳纤维加固技术也因此具有非常重要的实际作用。

关键词：碳纤维;加固技术

Abstract: the service life of the bridge will be because of the bad natural environment and not reasonable use and were greatly shorten, at the same time, the extent of damage the body itself bridge will also be increased due to various reasons and deepening. The construction of the bridge than in cost, to reinforce the bridge maintenance more economical. In-depth study of bridge reinforcement technology, especially the bridge CFRP and therefore has very important practical effect.

Keywords: carbon fiber; Reinforcement technique

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

在加固维修旧桥方面，我国已经积累了相当丰富的经验，其方法主要有加大截面加固、预应力加固以及喷射混凝土加固等方法，碳纤维加固技术是一种全新的桥梁加固维修技术，比之于传统的加固方法具有着非常大的优势。

1、 碳纤维加固桥梁的优点

作为一种被研发的新型加固材料，碳纤维的形成过程是高温碳化聚丙烯之后的结果。在补强混凝土结构方面，自身的性质使碳纤维的补强效果非常显著。按照不同的形状可将碳纤维分为：短纤维、片材以及棒材三类；在力学性能上的划分又可以将碳纤维分为：中等弹模量纤维、高弹性模量纤维以及高强度纤维等。碳纤维对桥梁的补强原理是，在混凝土上，通过使用高强度的粘合剂，将碳纤维棒材和碳纤维布粘到上面，最终使补强的目的通过它们共同作用的手段实现。高弹性模量和高强度是碳纤维材料所具备的特点，因此其他的加固材料无法具有碳纤维对桥梁进行加固时的一些优点。首先是碳纤维的高效高强特点。物理学中高弹性模量和高强度的优异性能，使桥梁构件的承载力在通过碳纤维材料进行加固补强时，得到了充分的提高，进而使桥梁得到了充分的加固。其次，由于与酸碱盐等物质不易发生化学反应，碳纤维材料具有极佳的耐腐蚀性。碳纤维材料所独具的优势和特点就是极其稳定的化学性质，持久性和耐腐蚀性是经过碳纤维材料加固补强后建筑物新具有的特点。再次，构件的体积和自重不会因为碳纤维材料的加固补强而增加。建筑物的质量在经过质量很轻的碳纤维加固后不会有明显增加，自身的承载力也不会被减弱，同时建筑物的使用空间也不会受到影响。同时，碳纤维材料对桥梁的加固补强施工更为便利。由于质量较轻的特点，碳纤维材料的施工过程完全不需要大型机械，具有较高的工作效率、较小的占用空间及简单方便的操作程序。最后，碳纤维材料具有极好的耐寒耐热性，在-55℃~84℃之间复合材料不会降低其强度，混凝土补强试件经历51℃~-19℃，经过3小时内循环浸渍10次，不会降低其抗弯曲强度；耐酸、耐碱性，3个月浸渍在10%硫酸液或300个小时浸泡在41℃的氢氧化钙饱和盐水中，其强度均不会降低；极强的耐水性，搭接强度和抗拉强度即使在72℃的水中浸渍30天仍不会降低。

2、 碳纤维加固桥梁的技术要点

首先需要明确碳纤维加固补强桥梁时的应用范围。具体体现在：桥梁受压构件的加强、截面承剪的加强、加强斜截面承载力、补强剪力构件正截面承载力以及桥梁承受弯矩承载力的补强等。进行加固施工时的技术要点有一下几点：第一要充分做好施工前的准备工作，对建筑物的计算分析研究要在加固开始前进行，比如相应设备的配备、构件特点以及加固层数等，以保证顺利进行加固工作；第二，为使加固效果得到保证，相关的处理对于加固部位而言是必要的。比如打磨消光混凝土部位；当施工环境较为潮湿时，应将加固部位表面的灰尘予以去除，处理过程以干燥为宜；第三，为了更加有效密切粘合混凝土构件和碳纤维布，对底层刷涂树脂的工作应在碳纤维布粘贴时同步进行。应均匀刷涂树脂，粘结强度适中，使加固构件能够受到其共同作用；第四，施工时应选用专门的粘贴工具进行碳纤维布的粘贴操作，由于粘贴效果会受到粘贴过程中出现的气泡影响，为将其中的气泡挤出，可平顺粘贴碳纤维布或是抹平时用侵润过的树脂，当碳纤维布需要多层粘贴时，上述操作多次重复之后，将聚醋薄膜覆盖其上；第五，适当的处理工作在碳纤维布粘贴完成后进行是必要的，当树脂凝固后，可将防晒漆或是防火漆涂刷在碳纤维布的表面，使黏合的持久性增加，避免树脂老化脱落。

2.1 碳纤维片材加固桥梁的方法

通过碳纤维片材的粘贴加固桥梁时，首先需要再需要加固的混凝土表面上涂刷较薄的底层涂料，这样可以使胶接性能及混凝土表面强度同时得到提高和强化，从而使碳纤维片与混凝土之间的粘结性得到提高。找平工作应在底层涂料干燥后用找平材料进行，良好的触变性能和施工性能是找平材料的特点，只有紧密接触的混凝土表面与碳纤维材料，才能使补强效果达到预期。在处理后的混凝土表面粘贴碳纤维材料时，粘合剂应选用环氧树脂，这样可在一定范围内控制其粘度。之后沿顺纤维方向使用专用滚筒进行多次滚压，使碳纤维布被浸渍树脂完全浸透，气泡被挤除，注意碳纤维布在被滚压时不得造成损伤。对粘贴质量的检查方法，可以通过对碳纤维片材表面进行手压，或是用小锤轻轻敲击等。弯折碳纤维片材的现象在施工时应尽量避免。

2.2 碳纤维棒材加固桥梁的方法

由于自身所具备的特性，碳纤维棒材在加固桥梁时的作用主要体现为：补强正截面承载力时，比较适宜的采用方式是植筋方法，先适当处理抗弯能力无法满足需求的正截面，之后进行加固；补强截面承剪和斜截面抗弯时，同样采用植筋方式进行，在梁体内和梁的侧表面应力迹线一致处，凿出沟槽，将碳纤维棒材放入其中，封闭材料为环氧树脂混凝土。

3、 碳纤维加固设计的方法和原理

目前在碳纤维加固设计时的计算方法，是按照一定的标准将碳纤维布近似换算成一定用量的钢筋，然后理论分析的方式以传统钢筋混凝土受力分析模型为基础进行。在设计中对钢筋混凝土有如下的假设：第一是忽略不计受拉区混凝土的作用；第二在粱受弯时，碳纤维、钢筋及混凝土应变符合平截面假定，即平面变形假设的条件应被碳纤维加固混凝土受弯构件截面的应变所满足，相同位置处混凝土与碳纤维和钢筋的应变相同；若完全理想粘结加固所用布，即表示滑移现象没有出现在碳纤维布与混凝土之间。在计算时需要注意的是：40%的幅度应为抗弯承载力在加固后的提高上限，且应对构件的受剪承载力进行验算，以避免受弯破坏未发生时先出现受剪破坏的情况。

4、 结束语

比之于其他的桥梁加固技术，碳纤维材料加固桥梁技术具有不会对原结构造成新的损伤、结构自重几乎不会增加、耐腐蚀性强、较好的适应性以及便于施工等诸多优点，由于我国内地的地震高发区较多，作为防震措施的一种，使抗震性能通过碳纤维材料在震前得到加固，以及通过粘贴碳纤维片材在震后进行加固均可以大力发展。由于耐疲劳、松弛度较低、较高的强度重量比以及较好的耐腐蚀性是碳纤维棒材和绞线的特性，如果碳纤维材料锚固难的问题得到进一步的解决，包括碳纤维材料缆索在索夹处抗折和在鞍槽里抗滑的问题同样得以解决，在碳纤维加固桥梁技术一定会更为广泛地应用到超大跨缆索桥梁上。总而言之，不断发展和完善的碳纤维制造工艺和技术，将在未来的加固桥梁技术中起到越来越重要的作用。

参考文献

[1]贺拴海.任伟.纤维增强塑料加固混凝土结构研究[J].建筑科学与工程学报.2005.22(3):20-24

[2]刘来君.赵小星.桥梁加固设计与施工技术.[M].北京：人民交通出版社.2003

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