浅谈碳纤维加固在桥梁中的应用.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2014．06．062浅谈碳纤维加固在桥梁中的应用朱鹏宇(淮阴工学院，江苏淮安223001)摘要：碳纤维材料加固混凝土结构是一种新型结构加固方法。碳纤维混凝土具有提高混凝土的(抗拉、压、弯)强度，韧性、延性、抗冲击疲劳性能和变形模量。实践证明，应用碳纤维材料对混凝土结构进行加固，是一种有较高技术含量的、全新的结构加固方法。本文详细介绍了碳纤维材料加固的优势和试验方法，并结合工程实例进行桥梁加固维修。关键词：桥梁；加固；碳纤维中图分类号：U445．7+2文献标志码：B文章编号：1672—401

2、l(2014)06—0139—020前言碳纤维材料加固修复混凝土结构技术是近年来发展起来的一项新型结构加固技术，是指在构件表面粘贴碳纤维材料，使碳纤维与混凝土牢固地粘结在一起并共同工作，达到加固结构，提高结构承载力和抗震性能，修补构件缺陷的目的。碳纤维材料被广泛用于桥梁加固。1碳纤维材料的性能优势碳纤维材料(CarbonFiberReinforcedPolymer，简称CFRP)加固混凝土结构技术是一种新型、高效的结构加固技术。工程中采用的碳纤维加固混凝土结构技术是利用树脂胶结材料，将碳纤维材料粘贴于混凝土结构表面，以达到结构加固补强及改善结构受力

3、性能的目的。与传统的加固方法相比，碳纤维加固技术具有以下性能优势。1)高强度、高弹性模量．碳纤维的强度高，极限抗拉强度约为钢材的10倍，弹性模量和钢材相近。因此，在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到加固修补的目的。2)抗腐蚀能力强、耐久性好。碳纤维材料化学性质稳定，不与酸、碱、盐等化学物质发生反应，因而碳纤维加固后的钢筋混凝土结构具有良好的抗腐蚀性和耐久性，解决了其他加固方法所遇到的化学腐蚀问题；同时也免去了粘钢加固所需的定期防锈维护，节省维护费用。3)热膨胀系数小。

4、碳纤维材料的热膨胀系数非常小，其在纤维方向的热膨胀系数几乎等于0。这一特性是目前其他任何材料无可比拟的，垂直于纤维方向的热膨胀系数虽然比较大，但各向同性制品与其他材料相比又最小。4)施工简便，工作效率高。碳纤维布加固不需要大型施工机械和重型设备，施工占用场地少，无湿作业，碳纤维布柔性好，可以根据设计尺寸将其任意裁剪，操作简单，施工速度快。据有关资料统计，粘贴碳纤维的加固工效是粘贴钢板加固工效的4～8倍。5)施工质量易于保证。碳纤维布是柔性材料，即使被加固构件的表面不是非常平整，经过修补后，有效粘贴率可达到95％以上。6)对结构影响小。碳纤维材料重量

5、轻，厚度薄，经加固修补后的构件，基本上不增加原结构的自重及尺寸，不影响结构的使用空间。2试验过程试验尺寸及配筋见图1～2。混凝土的设计标号为C25，受拉主筋为q)10的u级螺纹筋，抗拉强度为340MPa，箍筋为I级光圆钢筋，设计强度为240MPa。加固所使用的碳纤维布性能指标如表l。图1试验T粱尺寸图图2试验T梁配筋图表1碳纤维布的性能指标2．1加载方法试验对梁采用两点对称加载的方式，在两个对称集中荷载之间形成纯弯段，这样有利于观察分析受弯构件在加载各阶段的应变、变形及裂缝开展等情况。试验采用逐级加载，开裂荷载由梁底应变片测值和刻度放大镜观测裂缝相

6、结合的方法确定。2．2测点布置试验测试的主要内容是控制截面的挠度、应变和梁裂缝的观测，挠度的测点选在1／4跨、1／2跨、3／4跨，以便测出挠曲变形的特征曲线，试验所用仪器为机电百分表。混凝土的拉压应变、钢筋应变和纤维应变通过应变片测量，应变片布置见图3。图3测量仪器布置图2．3测量过程在每级加载完成后，由千斤顶上的传感器测出当前的荷载值，由静态数据采集仪自动扫描获得各测试截面挠度值，混凝土应变值以及钢筋、纤维布的拉应变值。当梁底开裂后，用刻度放大镜对裂缝的开展做观察，记录裂缝条数、开裂宽度、高度、开裂的形状等。对各片梁进行记录初始荷载Po，记录挠度

7、、应变值。待各测值稳定后，梁底已明显有裂缝开展，且趋于稳定，然后按操作粘贴碳纤维布养护7d后，继续加载直至破坏。2．4试验结果及分析1)通过对各梁跨中截面上应变测点值的分析，可以看出各级荷载作用下，截面上应变较好的符合线性分布规律。从图4～5可以看出，当荷载逐步增加，T梁中和轴不断上升。荷载接近极限荷载时，T梁下部受拉区混凝土开裂严重，应变片被拉断。．36kN．85kN．54kN4．47kN9．82kN010002000应变图4T2粱应变分布应变图5T5粱应变分布2)从5片T梁的试验结果可以看出，T5的屈服荷载略小于他，这是因为在初始荷载的作用下，

8、梁底已经开裂，混凝土和钢筋已经有了初始应变，同，12梁相比，碳纤维布的应变小于粘贴表面混凝土的应变，这被称为应变滞后现象。