碳纖維鋼板加固橋梁施工研究

【摘 要】該橋梁是一座已使用15年的簡(jiǎn)支空心板梁橋，由于超載車輛運(yùn)營(yíng)日益普遍，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)作用下結(jié)構(gòu)性能受到損害，橋梁出現(xiàn)空心板部分鉸縫脫落、部分空心板底部出現(xiàn)橫向裂縫、粱底出現(xiàn)麻面和露筋等病害。本論文對(duì)該橋梁底用外部粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)進(jìn)行加固，碳纖維加固技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)明顯。

【關(guān)鍵詞】橋梁加固；碳纖維板；預(yù)應(yīng)力；加固技術(shù)

一、碳纖維板加固技術(shù)

碳纖維材料最早應(yīng)用于航空、航天等高科技領(lǐng)域，后來逐步發(fā)展到船舶、汽車等方面。最近幾年，開始應(yīng)用在建筑領(lǐng)域。但這種加固工藝對(duì)碳纖維強(qiáng)度的利用率極低，當(dāng)碳纖維板材與構(gòu)件內(nèi)部鋼筋共同工作時(shí)，不考慮鋼筋原油的初始應(yīng)變，鋼筋屈服時(shí)碳纖維板材所能發(fā)揮的強(qiáng)度也僅為抗拉強(qiáng)度的8.8%；而在讓碳纖維發(fā)揮全部強(qiáng)度所需要的1.7%的應(yīng)變下，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大的變形及明顯的裂縫。

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)可以大量節(jié)省材料及工程造價(jià)，減少加固系統(tǒng)維護(hù)成本；顯著減小結(jié)構(gòu)變形，在增大承載力的同時(shí)提高結(jié)構(gòu)剛度；抑制裂縫，提高構(gòu)件抗彎承載力。本文主要探討該項(xiàng)技術(shù)的施工工藝研究。

二、碳纖維加固橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)例

（一）橋梁現(xiàn)狀及主要病害

船山崗橋?yàn)楹?jiǎn)支斜交橋，橋梁的斜交角度為40度，跨徑縱向布置為1×10m，橋梁全寬為27m，分東西兩幅，東、西幅行車道的橫斷面各由10塊鋼筋混凝土空心板梁組成，邊梁頂寬1.62m，中梁頂寬為1.24m，梁高0.45m。主梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C30。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為：汽一超20級(jí)。掛車—120。

（二）加固方案

該橋除存在個(gè)別梁板由于單板受力存在剛度不足缺陷外，根據(jù)《公路舊橋承載能力鑒定方法》評(píng)估其極限承載力，計(jì)入材料損傷及惡化系數(shù)時(shí)，靠近邊梁的中梁的極限承載力為386KN.m，低于其承載力極限狀態(tài)下最不利效應(yīng)組合值402 KN.m，本次加固擬在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將其極限承載力提升到700 KN.m。該加固技術(shù)如圖所示，施工流程依次為張拉碳纖維板、粘貼縱向碳纖維布、粘貼橫向碳纖維布。

三、加固施工工藝

（一）裂縫處理

裂縫寬度fw<0.15㎜且裂縫深度較淺的細(xì)小裂縫采用JGN-Ⅱ膠進(jìn)行涂刷封閉處理。用磨光機(jī)沿著裂縫位置切深度為3～5㎜深的縫。用高壓空氣吹凈裂縫內(nèi)雜物。裂縫寬度fw≧0.15㎜的裂縫采用JGN-G膠進(jìn)行灌注處理。

（二）缺陷修復(fù)

鑿除修補(bǔ)部位的松散混凝土：找到松散部位的混凝土，用手工鉆鑿除松散部位直到露出新鮮骨料。對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹：先用砂紙對(duì)銹蝕的鋼筋進(jìn)行打磨，直至表面沒有沒有銹跡，并涂刷環(huán)氧膠進(jìn)行防銹處理。高強(qiáng)環(huán)氧樹脂修補(bǔ)：按比例配合好環(huán)氧樹脂進(jìn)行批嵌，厚度較大的分層批嵌，每層批嵌厚度不超過2㎝，直至恢復(fù)原有尺寸。

（三）碳纖維板張拉

碳纖維板張拉：千斤頂就位并確保夾具夾緊后開始碳板張拉。先給碳纖維板施加10%的應(yīng)力，使碳纖維板繃直，然后再將力歸零，再以20%和60%應(yīng)力進(jìn)行張拉，每一級(jí)張拉結(jié)束后用扳手檸緊螺帽，每一級(jí)之間持荷5分鐘，張拉過程中隨時(shí)檢查碳板伸長(zhǎng)值，嚴(yán)格控制進(jìn)油速度，要求緩慢、均勻、平穩(wěn)。待張拉到控制力后，持荷復(fù)驗(yàn)伸長(zhǎng)值，合格后進(jìn)行錨固。張拉控制力F=150KN，張拉伸長(zhǎng)量控制為碳纖維板長(zhǎng)度L*0.45%（cm）。

（四）碳纖維布黏貼

粘貼碳纖維布：表面清理→表面凹洞找平→涂底膠→貼碳纖維布→刷碳纖維布防護(hù)層→質(zhì)量檢查。

表面清理：先用壓縮空氣將表面浮塵清除干凈，用混凝土角磨機(jī)除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，并將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，并用丙酮將需粘貼處清洗干凈。

找平：斜立柱混凝土表面凹陷部位用修補(bǔ)砂漿填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位填補(bǔ)平整，盡量減小高度差

涂底膠：將底膠稱好重量，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用滾筒將它均勻地涂在頂板面上，待膠固化后再進(jìn)行下一工序施工。調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，一般情況下40min內(nèi)用完。

粘貼碳纖維布：將碳纖維膠按比例稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用滾筒將膠均勻地涂刮在底膠上，隨即按設(shè)計(jì)要求將已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計(jì)部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓，擠出汽泡。注意：碳纖維布的搭接長(zhǎng)度一般為100mm。

涂刷碳纖維布表面防護(hù)丙烯酸涂料，一般來回刷3變，每個(gè)地方刷到位。

四、結(jié)語

（一）采用碳纖維加固技術(shù)對(duì)橋梁進(jìn)行加固，工藝簡(jiǎn)單，施工周期短。本工程完成后，經(jīng)檢查與驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)碳纖維與混凝土粘結(jié)緊密，加工的施工質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期效果，保證了車輛安全過橋。

（二）由于碳纖維材質(zhì)軟，重量輕，長(zhǎng)度、寬度可根據(jù)需要任意確定，對(duì)于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位、不規(guī)則位置可任意粘貼、纏繞，故適應(yīng)面廣。

（三）由于碳纖維材料具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，可廣泛應(yīng)用于特殊環(huán)境構(gòu)筑物的加固補(bǔ)強(qiáng)和修復(fù)。

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