CFRP在某中桥应急加固中的应用与研究分析

摘要：本文以某中桥为例，就我公司在最近的一座旧桥维修加固工程中的设计验算与施工，来探讨碳纤维布在维修加固桥梁中的应用。希望能够给类似工程项目提供一些借鉴和参考。

关键词：应急加固，CFRP，设计验算，施工要点

中图分类号：U457+.3文献标识码： A 文章编号：

随着交通运输事业的快速发展，我国已修建了大量的桥梁，但值得注意的是这些桥梁有许多已发生老化、损伤现象，许多桥梁的荷载等级低于汽车-20、挂车-100，但目前实际通行的车辆已远超出这些桥梁的荷载限制，致使公路桥梁负荷日益加重，致使桥梁不同程度存在隐患。本文以某危桥为例，就我公司在最近的一座旧桥维修加固工程中的设计验算与施工，来探讨碳纤维布在维修加固桥梁中的应用。希望能够给类似工程项目提供一些借鉴和参考。

1工程概况

某桥梁是X公路上跨越石津渠的一座中桥，中心桩K55+535，桥梁全长52m．由东、西两幅组成，跨径均为16m．全桥三孔，共一联。东幅建于1998年，上部结构为预制空心板．下部为柱式墩台．桩基础。经调查发现东幅桥的空心板有贯穿板底的横缝，平均间距为20cm．且在桥墩处，铺装出现横向裂缝。维修方案将东幅梁板破损部分用环氧砂浆进行修复，在预制空心板板底粘贴碳纤维加固．单层碳纤维质量为3009／m2，抗拉强度3000Mpa。

2桥梁病害情况调查分析

本桥经过两次检测，第一次为定期的健康检查，第二次为桥梁的荷载试验。根据第一次定期检测报告，白沙大桥病害主要集中在梁板、盖梁及墩柱。

1）桥台及基础：桥台共有4条竖向裂缝，累计长度4.2m，最大宽度值为0.12 mm，所有裂缝未超过规定值(0.3mm)。

2）桥墩及基础：盖梁共有156条竖向裂缝，累计长度为102.47m，最大值为0.34 mm，2条裂缝超过规定值(0.3mm)。超限裂缝在L-2-1盖梁和L-5-4盖梁上，超限裂缝累计2.4m；超宽裂缝位置见下图：

立柱有40条竖向裂缝，累计长度111.7m，所有裂缝未超过规定值(0.3mm)；本桥水中墩除3#、4#墩桩基外，其它作均已加固处理过。L-4-2#立柱桩基2处露筋，长约2.6米；掏空面积S=0.2平方米。

3）梁板：全桥预应力梁板210块，其中有裂缝的109块（左幅21块，右幅88块），共 2536条横向裂缝，累计长度3745.92m。左幅第三跨、第十二跨有铰缝勾缝渗水钙化，长约5m；右幅第一跨、第五跨铰缝有勾缝脱落，总长度约30m。

4）支座：全桥总共有103个支座老化开裂，23个支座局部脱空，有病害支座占支座总数的47.4%。

5）该桥伸缩缝均存在泥沙堵塞现象，部分伸缩缝止水带破损。桥面铺装、护栏、标志标线及排水设施完好；桥梁附属构造如桥台锥坡、桥头接线等情况完好。

3病害原因分析

上部结构病害分析：预应力空心板有横向裂缝，贯穿整板，考虑到桥面完好，勾缝大都无渗水现象。可能是由于空心板壁较薄，混凝土浇筑振捣施工时粗骨料就未能到达空心板底部，这样空心板底部只有抗弯能力较弱的水泥砂浆，荷载作用下易产生裂缝。另外该路段车流量较大，特别是超重超限车辆偏多，在某些荷载组合下使用荷载超过了结构的极限承载能力，从而导致裂缝等病害的产生。

下部结构病害分析：桥墩盖梁裂缝主要发生在立柱顶或跨中位置，上述部位盖梁截面正负弯矩最大，若盖梁截面尺寸偏小或钢筋配置不足，在车流量大及超载较严重的情况下，很容易产生竖向或斜向裂缝，而且钢筋混凝土结构在弯矩不大情况下也极易出现裂缝。

4桥梁加固设计验算

4.1设计要点

本次维修加固维持原桥设计荷载等级即汽车-20级，挂-100，维修加固设计原则：贯彻“安全适用、技术可靠、经久耐用、经济合理、保护环境”的设计理念，结合我省经济、技术条件，吸取国内外先进经验，积极而稳妥的采用新技术、新材料、新设备、新工艺，使设计的工程项目取得经济、社会和环境的综合效益。

4.2平面模型

平面模型：单元号为1～104。计算模型如下图所示：

4.3结果分析

以下图形中力的单位为KN.m。持久状况正常使用极限状态抗裂性计算：正应力（短期效应）：

短期效应截面最小正应力图

短期效应作用下板梁截面上缘缘最大拉应力为0.5Mpa。构件满足规范要求。

正应力（长期效应）：

长期效应截面最小正应力图

长期效应作用下箱梁截面下缘处于纯压状态，满足规范（JTG D62－20046.3.1）规定的要求（处于纯压状态）。主应力（短期效应）如下图所示：

短期效应板梁主拉应力图

使用阶段最大主拉应力数值为0.832Mpa。规范规定:最大允许主拉应力为0.7 ftk=0.7x2.65=1.86MPa，主拉应力满足规范要求。

5碳纤维布桥梁加固施工要点分析

5.1粘贴碳纤维布加固流程

施工准备（裂缝的检查及标注）构件表面处理贴片前基层处理涂底层涂料用环氧树脂对构件表面残缺修补贴碳纤维片养护涂装

5.2施工要点分析

1）材料要求：碳纤维布，单层厚度为0.250mm，幅宽为30cm，采用与布匹配的粘结材料。

2）底层处理。应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣质混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。采用打磨机配适当的打磨片对被粘贴的混凝土表面进行打磨，除去表面浮浆、油污等残留物，直至完全露出混凝土结构新面(未碳化层)。转角粘贴处理应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20ram。混凝土表面应清理干净并保持干燥。

3）涂底层树脂。应按产品生产厂家提供的配方配制一定量的底层结构胶。应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土结构新面(未碳化层)。宜在底层结构胶表面指触干燥后，尽快进行下一道工序的施工。

4）找平施工面。应按产品生产厂家提供的配方配制找平材料。应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，不应有棱角。转角处应采用找平材料修理成为光滑的圆弧的导角，半径不应小于20mm。宜在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一道工序的施工。

5）粘贴碳纤维片材。应按设计要求的尺寸剪裁碳纤维布；应按产品生产厂家提供的配方配制一定量的浸渍胶，并及时均匀涂抹于粘贴部位；将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍胶充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布；多层粘贴时应重复上述步骤，并宜在纤维表面的浸渍胶指触干燥后尽快进行下一层粘贴；应在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍胶。

6）验收。碳纤维布与混凝土之间的粘结质量，可用橡皮锤轻轻敲击或手指压碳纤维片材表面的方法，检查总有效粘结面积不应低于95％，当碳纤维布粘贴的空鼓面积不大于100cm2，可采用针管注胶的方法进行修补，当空鼓面积大于100cm2时，须将空鼓部位的碳纤维布切除，重新搭接等量的碳纤维布，搭接长度不应小于100mm

6展望及建议

粘贴碳纤维布可有效抑制已有裂缝在荷载作用下的再扩展．试验桥在无车辆荷载时，不可恢复的裂缝宽度为1.0mm，在相同的试验荷载作用下，加固前最大裂缝宽度增量为0.4mm，加固后，裂缝宽度几乎没有变化，由此可见，碳纤维布对已有裂缝的抑制效果是相当明显的；粘贴碳纤维布引起了荷载横向分布规律的变化，提高了上部结构整体受力的能力。

参考文献

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[2]魏利强,WEI Li-qiang.浅析桥梁加固粘贴钢板施工的质量控制[J],山西建筑2010,36(20)

[3]许长青,李亚东.球溪河桥主拱桥病害分析与加固技术探讨[J], 公路交通技术2009（3）：34-36

作者简介：曾大鹏，本科，1986.01.17，助理工程师，研究方向：施工与工程管理；

黄嘉伟，本科 ，1986.05.02，助理工程师，研究方向：施工与安全管理。