碳纤维单向布加固技术在危桥改建中的应用

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1、碳纤维单向布加固技术在危桥改建中的应用聊城市交通运输局山东聊城252000摘要：碳纤维单向布具有高强度、高弹性模量和耐久性好等优点。应用专用的树脂和碳纤维布，按设计要求粘贴于碗表面，从而达到结构物加固补强效果。通过对梁、板、柱等进行加固前后大量对比试验，力学性能显著得到提高,据试验研究统计粘贴一层碳纤维单向布的梁板，其抗弯性能可提高5〜8%。此技术与其他粘钢、喷射碗等加固技术相比，具有自重小、施工简便、施工周期短和耐久性好等特点，近几年在公路的建设中得到了广泛的应用。关键词：碳纤维；单向布；桥梁；加固一、概述碳纤维单向布具有高强度、高弹性模

2、量和耐久性好等优点。应用专用的树脂和碳纤维布，按设计要求粘贴于碗表面，从而达到结构物加固补强效果。通过对梁、板、柱等进行加固前后大量对比试验，力学性能显著得到提高，据试验研究统计粘贴一层碳纤维单向布的梁板，其抗弯性能可提高5〜8%。此技术与其他粘钢、喷射碗等加固技术相比，具有自重小、施工简便、施工周期短和耐久性好等特点。美国、日本、德国等国于二十世纪八十年代开始进行实验研究，目前已经大量使用此技术。据有关资料统计，仅日木1997年用于加固修复的碳纤维布使用量就达70万平方米。我国近两年来，科硏单位和院校在这方面的硏究和应用做了大量工作，生产

3、出一系列的碳纤维复合材料，使工程降低了费用，同时也取得了较成熟的设计方法和施工经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。二、聊城市冠县马颊河大桥改造案例聊城市冠县马颊河大桥位于冠县闫营镇境内，于1998年建成。桥梁上部结构为6跨、L=18m预应力碗简支梁。中央设隔离带，两侧为双向机动车道，两外侧为非机动车道，全宽35m0随着交通量的增长，桥梁现有的宽度已不能满足交通量的需要，为确保通行安全，需将现况桥梁向南、北两侧拓宽至55m,将现两外侧的非机动车桥改建为辅路桥，并新建非机动车桥。现况桥上部结构主梁和中墩盖梁，对应机动车道部分的荷载均按公路一一

4、级设计。现非机动车桥的主梁拆除更换，但各中墩盖梁的机动车和非机动车中间未断开，为三跨联的变截面普通钢筋栓连续结构。经反复核算比较，为尽量减小盖梁正负弯矩区的补强加固工作量，一方面采用了减轻桥梁自重措施，将桧桥面改为轻质（容重为19KN/m3）栓桥面，另一方面加宽中墩盖梁下墩柱宽度，盖梁的正负弯矩及剪力均相应减小，这样对应机动车部分盖梁的现钢筋配置可满足设计要求，而对应辅路（现非机动车桥）部分盖梁按现配筋其应力与设计要求相差10〜15%。为节省工程投资，且根据交通不允许中断的情况，经有关部门批准，确定将全桥的5排中墩盖梁的20个正负弯矩区进行

5、补强加固处理，全桥盖梁加固面积395平方米。三、加固方案和材料的选定1、加固方案的选定各中墩盖梁原设计为隐形盖梁给加固工作带来较大的困难，最早提出釆用喷射钢纤维碇和外包钢板的加固方案，因主梁梁端在跨间处距盖梁外侧面仅5cm,经计算比较与施工空间的限制上述两方案可行性较小，最后确定选用碳纤维复合材料进行补强加固。碳纤维布的极限抗拉强度高于普通钢筋的10倍以上,而弹性模量也与钢筋相近，较适合于钢筋栓结构的补强加固工程。另外施工简便,适用于要求施工周期短的加固工程。2、材料的选定近二、三年来，我国引进了美国、日本生产的碳纤维复合材料，进行了一些工

6、程的加固，并取得了较好效益，但费用高影响推广应用。近期由于国产化系列的碳纤维复合材料的岀现，为该工程材料的选用奠定了基础。经比较采用北京某公司的碳纤维布和配套树脂，其中碳纤维布采用的是国外进口优质丝，质量可靠稳定，费用较低。产品通过国家级质检部门的严格检验，各项性能指标已达到国外同类产品的水平。通过采用上述碳纤维复合材料对钢筋梁、板和柱等构件进行补强加固前、后不同类型的力学性能试验研究，以及对施工环境条件、施工工艺的防护层的探讨和研究，并经过反复的实验与检验证实产品质量稳定、优良，并在航天、航空和军事方面得到应用，现以批量生产。四、施工工艺

7、为确保受弯钢筋盖梁结构的原受力钢筋与加固碳纤维能够同步工作，应该尽量缩短原盖梁钢筋与碳纤维的应力应变的差值，盖梁加固时需考虑卸载措施,这样可推迟将原盖梁结构的钢筋受力转给碳纤维的时间，积极地改善盖梁结构，并使得破坏时原钢筋和碳纤维各自进入极限状态，盖梁的总体强度显著得到提高。盖梁加固吋卸载措施：拆除原荷载标准低的主梁→碳纤维布粘贴加固→安装新标准荷载主梁。加固施工工艺1、对被加固栓表面作打磨处理，除去风化层，露出新茬，清除灰尘，保持清洁。2、将表面处理树脂均匀涂刷在待施工的界面上，不得有遗漏处。3、待表面树脂不粘手时，用

8、修平树脂找平基面，做到基面平整无凹陷处。4、待修平树脂不粘手已基本固化后，即可将浸渍树脂均匀涂刷在上面，厚度约3〜5mm,不得有过厚、过薄或有遗漏处。5、将碳纤维单向布展开、拉紧