碳纤维布在桥梁加固工程中的运用

碳纤维布在桥梁加固工程中的运用简略地回忆一下人类开发运用资料的前史就可以发现，首要是运用最靠近大家的土木资料，跟着人类文明的前进，逐步开展到运用木、石资料、混凝土资料或钢材。可以幻想，修建资料由传统的资料开展到现代的钢筋混凝土资料，其间蕴含了前史的演化和科学技能的革新。正是因为土木修建工程的需求和科学技能的开展，促进修建资料不断更新。新资料、新技能的呈现，为土木修建工程的开展供给了愈加宽广的空间。现代复合资料（CFRP）以其超卓的机械功能、优秀的耐腐蚀功能和杰出的公益功能扩大了修建资料的规模。图1表明人类运用资料的变迁状况。可以说，复合资料是人类与大自然奋斗发作的才智的效果。图 1 人类运用资料的变迁 图 2 接连纤维增强复合资料的分类将复合资料按其所含纤维的种类，可分为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、维呢纶纤维、硼纤维等。当前已开发老练并在土木工程中运用的首要是前三种。通常可按图2对复合资料进行分类。 表1所示为纤维增强复合资料及接连纤维增强资料的开展进程。纤维增强复合资料 接连纤维增强资料时代复合资料 增强剂 母材 种类19世纪后半1900前后19071920194019421950195919601966197019711971钢筋混凝土轮胎FRPFRP玻璃纤维开发GFRP维呢纶纤维开发碳纤维开发碳纤维开发BFRPCFRP芳纶纤维开发AFRP钢筋麻布、棉丝、人造纤维木粉、红、棉布木棉玻璃纤维硼纤维碳纤维芳纶纤维混凝土硫化橡胶碳酸树脂尿素树脂不饱和聚酯树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂GFRP19711975198319861986198619871989199219931997矾土纤维开发碳化系列纤维开发VFRP 维呢纶纤维 环氧树脂CFRPCFRPAFRP各种均有AFRPAFRPCFRP各种均有表1 纤维增强复合资料及接连增强资料的开展进程在上述几种纤维增强复合资料中，碳纤维资料的技能开展迅速。种类多、用处广、用量大。并且在桥梁工程界得到了通常注重，特别是在桥梁加固工程中得到广泛运用。这是因为它具有众所周知、无与伦比的长处：高强度、高弹性、耐腐蚀、耐疲惫和易加工性。选用（张贴）CFRP 进行加固是一种新式的加固办法。国外始于10年前，在国际上深受注重并已获得了较多的运用和开展。其优越性已在对美国洛杉机和日本阪神地震中被损坏修建的修复中得到验证。国内则是比来几年的事。固然起步晚，但开展的气势很快，首要首要运用于房子修建工程，如今已开展到公路、铁路桥梁范畴。2 混凝土实验梁加固实验为了查验张贴碳纤维布的加固效果，我院曾专门制作了一批混凝土实验梁进行加固效果实验。实验梁按极限状况法描绘，为钢筋混凝土矩形小梁。梁全长2.4m，跨度为2.0m，梁高为0.35m，梁宽为0.2m。这批实验小梁中，一局部张贴了碳纤维布，另一局部则未张贴，以进行比照。对实验梁按一样的荷载加载，进行了抗弯才能实验，观测了梁体在实验荷载效果下的挠度、应力以及承载才能。实验结果表明：张贴碳纤维布往后，其抗弯刚度进步了近一倍；当裂缝宽度为0.2时，其承载才能进步了20%左右。阐明碳纤维布参加原混凝土梁一起作业，加固效果杰出，此种加固资料是一种值得信任的新式资料。3 工程运用近年，旧桥及病害桥梁加固工程日益遭到桥梁工程界的注重。加固办法及手法也在不断改进与更新。国外用于桥梁修理加固的费用也在逐年添加。如英国仅在1997年就有30多座桥梁和很多的布局物选用碳纤维增强资料加固和修理，估计往后10年的修复费用大约为6200万英镑。日本在阪神大地震后，用于桥梁和布局物的加固修复工程的费用也相当可观。我国公路、铁路桥梁的加固工程也有不少。比来几年一向呈逐步添加的趋势。我院一向在从事这方面的研讨作业和进行详细工程的加固作业。下面扼要引见比来所进行的两个典型项目。3.1 厦门某立交桥的加固3.1.1 桥梁概略该桥为双喇叭式全互通立交桥。桥式类型有钢筋混凝土异形梁、钢筋混凝土简支箱梁、预应力空心板梁、预应力箱形接连梁等。下部布局有圆柱形桥墩、T 形墩等。描绘荷载为汽超20，挂120，人群荷载为3.5KN/。3.1.2 病害状况经查看，上部布局除预应力混凝土梁外，大局部钢筋混凝土箱梁均呈现了裂缝。图3 钢筋混凝土箱梁裂缝图 图4 独立墩上端裂缝散布打开图钢筋混凝土异形梁的裂缝为横向裂缝，在从支座到跨中的规模内根本均匀散布，大局部裂缝从底板延伸到腹板，缝宽为0.10.32（见图3） 。 钢筋混凝土简支箱梁的裂缝，从1 #墩到6 #墩，每孔梁的梁底均有横向裂缝，大多数裂缝已从梁底延伸至腹板，少量裂缝延伸至上翼缘的底面，缝宽为0.20.25。局部桥墩的上端呈现了竖向裂缝，缝长0.15m0.70m，缝宽为0.050.3（见图4） 。3.1.3 病害缘由剖析对准梁体、桥墩上的裂缝，经剖析以为，发作裂缝的缘由是多方面的，要素也是很杂乱的，但其首要缘由是：温度效应、施工过程中混凝土缩短徐变效应、交通量增大招致堵车后惹起的梁体超载及超载汽车过桥等。3.1.4 裂缝处治办法因为该桥坐落东南滨海城市，有很多裂缝的桥梁天长日久遭到湿润空气的腐蚀，对桥梁布局的承载才能、耐久性均有晦气影响。所以有必要对裂缝进行悉数彻底的修补，对布局进行加固。为了便于修补加固，对裂缝进行了分类，一类是受力裂缝，这类裂缝较严峻；另一类对错受力裂缝，裂缝宽度大于0.20；第三类是裂缝宽度小于0.20的非受力裂缝。关于第一类裂缝，颠末进行布局验算，采纳了张贴12层碳纤维布的办法，以进步布局的承载才能及布局耐久性；对第二类裂缝，采纳压力灌浆补强的办法；对第三类裂缝，采纳外表关闭处置的办法。异形梁的裂缝处置：异形梁的裂缝首要散布在箱梁旁边面（腹板）及梁底，采纳张贴日本进口碳纤维布的办法进行加固，在梁外侧底面及旁边面（腹板）上张贴两层碳纤维布，其他局部张贴一层碳纤维布，详细张贴方位见图5。 钢筋混凝土简支梁的裂缝处置：简支箱当梁的裂缝宽度相对较小，关于裂缝宽度大于0.20的裂缝，采纳先进行压力灌浆，再张贴一层国产碳纤维布的办法进行加固，详细张贴方位及办法与图5类似。关于2 #7 #桥墩的顶部位邻近的裂缝，固然裂缝宽度很小，但从久远观念上思考，也选用张贴碳纤维布的办法，加固规模为墩顶至以下1.5m，详细张贴安置见图6。 3.1.5 加固效果查验全桥加固完结后，对该桥进行了静动载实验，验证了加固效果。实验结果表明：在实验荷载效果下，梁体的操控断面的应变、变位校验系数均满意关联标准的需求，剩余变形很小，其动力特性值与同类桥梁布局物比在常值规模，桥跨布局满意描绘荷载的荷载等级需求。加固工程完结后，至今已运转近两年，运转状况正常。3.2 天津某公路桥加固工程该公路桥的主桥系一座五跨接连的预应力混凝土接连箱梁，主跨64m，其他为跨度32m的预应力混凝土简支 T 梁。主跨的箱梁选用三向预应力系统。纵向预应力选用75的钢绞线，腹板竖向预应力选用 25冷拉级粗钢筋，顶板和横隔板的横向预应力为245高强平行钢丝束。3.2.1 主梁裂缝状况该桥在运转若干年后，在对桥梁现状进行查看时发现，主梁腹板、顶板、横隔板、底板均有不少裂缝。腹板的内外侧均有裂缝，裂缝大多呈斜向和水平向，长度从几米到几十米，宽度在0.3以下。顶板的裂缝发作在其底面，有纵向裂缝，也有横向裂缝。但数量较少，裂缝宽度为0.2以下。箱梁底板裂缝均发作在其外侧，首要为纵向裂缝，裂缝宽度为0.10.2以下。3.2.2 裂缝处治办法腹板裂缝处治：思考到腹板上的裂缝较多，且宽度较大。选用了加厚腹板和张贴碳纤维布相对合的办法。即腹板内侧，选用在箱梁腹板内侧加浇一层20厚腹板，并施加竖向预应力，以改进箱梁腹板受力状况；关于腹板外侧，先对裂缝进行压力灌浆，然后在外表张贴碳纤维布。顶板、底板裂缝处治：顶板、底板上的裂缝，依据每跨梁内裂缝实践状况，先进行关闭或压浆，对有裂缝的区段（首要会集在跨中10m30m 规模内）悉数张贴碳纤维布进行补强。3.2.3 加固处治效果为查验加固效果及颠末加固处治后能否满意描绘需求和运营条件，对该桥进行了静动载实验，实验结果表明：颠末加固处治后，梁体受力状况杰出，可以康复按原描绘荷载汽超20通车，且通车后至今梁体受力彻底正常。4 几点领会几年的加固理论，使咱们认识到碳纤维资料用于桥梁修理加固具有许多无与伦比的优越性，是一种运用方便、值得信任的牢靠的加固资料。碳纤维资料，从其力学功能上看，应力-应变联系曲线中无显着的屈服点或无塑性变形，是一种脆性资料。描绘时应充沛注重这一特性。选用碳纤维资料加固的混凝土布局按极限状况描绘时，其损坏状况有两种能够，一种是碳纤维资料发作极限变形，另一种是受压区混凝土到达极限变形。因而，在核算描绘断面的极限承载才能（极限弯矩）时，若混凝土发作曲折受拉损坏，描绘办法与惯例的钢筋混凝土或预应力混凝土布局一样，若碳纤维资料发作曲折常受压损坏。假定布局仍保相等截面假定，求得碳纤维资料发作极限变形时的应变散布，据此计算极限承载力。此刻，若碳纤维资料按多层装备时，可以从最外层的碳纤维开端，按逐层到达极限直到损坏思考。为使碳纤维布与混凝土外表杰出张贴，真实做到一起参加受力，到达有用的进步布局承载力的意图，在张贴碳纤维布时有必要注重包管张贴质量。为此需求：在此期间中止桥面上的任何交通，直至施工完结36小时后再康复交通；当底漆固化后用腻子找平混凝土布局外表时，修平作业的好坏直接影响加固的全体效果，若是被张贴混凝土布局外表高低不平，将会形成碳纤维布受力不均，严峻时能够形成应力会集，因而，应予以高度注重，仔细做好找平这道工序；张贴碳纤维布时，搭接长度和方位非常重要，受力方向的搭接长度应大于10，非受力方向，理论上可以不搭接，但实践施工时为了操控的需求，通常需求有25的搭接长度，一起不宜在同一断面设置搭接接头。为进一步在铁路桥上推行运用碳纤维布加固技能，有必要联系铁路桥梁的荷载特色进行研讨，以利于合理地选用碳纤维资料。当前我院正在进行这方面的研讨作业，模仿铁路的受力、别离按一期、二期恒载、活荷载的不一样期间进行模仿，碳纤维布的张贴工夫也随之改变，据此来研讨碳纤维加固在铁路静荷载、动荷载以及疲惫荷载效果下的运用技能。点击 http:/www.hwtxw.com 查看更多宜兴市华威碳纤维布知识内容。