碳纤维钢板加固桥梁施工研究

【摘 要】该桥梁是一座已使用15年的简支空心板梁桥，由于超载车辆运营日益普遍，长期运营作用下结构性能受到损害，桥梁出现空心板部分铰缝脱落、部分空心板底部出现横向裂缝、粱底出现麻面和露筋等病害。本论文对该桥梁底用外部粘贴预应力碳纤维板技术进行加固，碳纤维加固技术与传统技术相比优势明显。

【关键词】桥梁加固；碳纤维板；预应力；加固技术

一、碳纤维板加固技术

碳纤维材料最早应用于航空、航天等高科技领域，后来逐步发展到船舶、汽车等方面。最近几年，开始应用在建筑领域。但这种加固工艺对碳纤维强度的利用率极低，当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原油的初始应变，钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的8.8%；而在让碳纤维发挥全部强度所需要的1.7%的应变下，混凝土结构会产生大的变形及明显的裂缝。

预应力碳纤维板加固技术可以大量节省材料及工程造价，减少加固系统维护成本；显著减小结构变形，在增大承载力的同时提高结构刚度；抑制裂缝，提高构件抗弯承载力。本文主要探讨该项技术的施工工艺研究。

二、碳纤维加固桥梁结构实例

（一）桥梁现状及主要病害

船山岗桥为简支斜交桥，桥梁的斜交角度为40度，跨径纵向布置为1×10m，桥梁全宽为27m，分东西两幅，东、西幅行车道的横断面各由10块钢筋混凝土空心板梁组成，边梁顶宽1.62m，中梁顶宽为1.24m，梁高0.45m。主梁混凝土设计标号C30。桥梁设计荷载等级为：汽一超20级。挂车―120。

（二）加固方案

该桥除存在个别梁板由于单板受力存在刚度不足缺陷外，根据《公路旧桥承载能力鉴定方法》评估其极限承载力，计入材料损伤及恶化系数时，靠近边梁的中梁的极限承载力为386KN.m，低于其承载力极限状态下最不利效应组合值402 KN.m，本次加固拟在原结构的基础上，将其极限承载力提升到700 KN.m。该加固技术如图所示，施工流程依次为张拉碳纤维板、粘贴纵向碳纤维布、粘贴横向碳纤维布。

三、加固施工工艺

（一）裂缝处理

裂缝宽度fw

（二）缺陷修复

凿除修补部位的松散混凝土：找到松散部位的混凝土，用手工钻凿除松散部位直到露出新鲜骨料。对钢筋进行除锈：先用砂纸对锈蚀的钢筋进行打磨，直至表面没有没有锈迹，并涂刷环氧胶进行防锈处理。高强环氧树脂修补：按比例配合好环氧树脂进行批嵌，厚度较大的分层批嵌，每层批嵌厚度不超过2，直至恢复原有尺寸。

（三）碳纤维板张拉

碳纤维板张拉：千斤顶就位并确保夹具夹紧后开始碳板张拉。先给碳纤维板施加10%的应力，使碳纤维板绷直，然后再将力归零，再以20%和60%应力进行张拉，每一级张拉结束后用扳手柠紧螺帽，每一级之间持荷5分钟，张拉过程中随时检查碳板伸长值，严格控制进油速度，要求缓慢、均匀、平稳。待张拉到控制力后，持荷复验伸长值，合格后进行锚固。张拉控制力F=150KN，张拉伸长量控制为碳纤维板长度L*0.45%（cm）。

（四）碳纤维布黏贴

粘贴碳纤维布：表面清理表面凹洞找平涂底胶贴碳纤维布刷碳纤维布防护层质量检查。

表面清理：先用压缩空气将表面浮尘清除干净，用混凝土角磨机除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，并将有凹凸混凝土部分打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，并用丙酮将需粘贴处清洗干净。

找平：斜立柱混凝土表面凹陷部位用修补砂浆填平，模板接头等出现高度差的部位填补平整，尽量减小高度差

涂底胶：将底胶称好重量，放在洁净的容器中调和均匀，用滚筒将它均匀地涂在顶板面上，待胶固化后再进行下一工序施工。调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下40min内用完。

粘贴碳纤维布：将碳纤维胶按比例称好，放在洁净的容器中调和均匀，用滚筒将胶均匀地涂刮在底胶上，随即按设计要求将已裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位，然后用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出汽泡。注意：碳纤维布的搭接长度一般为100mm。

涂刷碳纤维布表面防护丙烯酸涂料，一般来回刷3变，每个地方刷到位。

四、结语

（一）采用碳纤维加固技术对桥梁进行加固，工艺简单，施工周期短。本工程完成后，经检查与验收发现碳纤维与混凝土粘结紧密，加工的施工质量达到了预期效果，保证了车辆安全过桥。

（二）由于碳纤维材质软，重量轻，长度、宽度可根据需要任意确定，对于复杂节点部位、不规则位置可任意粘贴、缠绕，故适应面广。

（三）由于碳纤维材料具有很强的耐腐蚀性，可广泛应用于特殊环境构筑物的加固补强和修复。

参考文献：

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