碳纤维加固技术在铁路桥梁加固补强中的应用

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1、碳纤维加固技术在铁路桥梁加固补强中的应用马兰英，李超，李作运(鞍钢铁路运输公司鞍山114000)摘要：利用碳纤维片高强和可粘贴的性能，把碳纤维片用环氧树脂粘贴在被补强的混凝土结构表面，有效封闭了混凝土裂缝，并与原混凝土结构形成一体共同承受荷载，使混凝土结构得到了有效的加固补强。关键词：铁路桥梁；碳纤维；加固补强1国内外现状和研究发展趋势随着铁路运量和荷载越来越大，铁路标准越来越先进。而在20世纪50~70年代所修建的桥梁，由于当时的设计标准低，注重于材料的节省，造成断面单薄，安全储备低，加上年久老化，大多出现保护层脱落、钢筋锈蚀断裂、混凝土开裂等现象，已不能适应现时安全生产的需要。因此，加强

2、对旧、危桥梁的检测、鉴定、加固与维修是十分必要的。然而桥梁加固与维修有较大的难度，首先是要保证生产运行。其次是要受到结构形式的限制，加固必须利用原有结构进行设计。第三是桥梁加固与维修技术要求较高、工作量较大。基于加固方案实施的复杂性，要求研究出一种可操作性强的加周处理方法。目前可采取的措施有以下几种：(1)改变结构形式。如变简支梁为连续梁，变简支梁为撑架、刚架，变悬臂梁为连续梁等，这样可使控制弯矩降低，但增加了基础、梁体结构、新旧混凝土结合设计、施工一系列环节，造成工期长、施工质量不容易控制、施工中支架模板耗用量大等，增加加固成本。(2)外力减荷。施加与荷载效应相反的外力，如采用体外预应力。

3、该方案影响桥梁过水断面，影响排洪、通航，施工期间可能受到洪水和漂流物的威胁，易因桥下排水不畅影响铁路路基稳定。(3)内力调节。在外荷载不变情况下，通过结构措施使每一受力单元(如每块板、每片梁)的分布内力减少。如增强横向联系、减少横向分配系数、降低荷载分布内力，此项措施适合于钢结构桥梁加固，对简支梁不适用。(4)增大断面。增大断面增加了原结构的承载能力，同时也会加大自重，自重加大产生的内力增量会抵消结构承载能力的提高。此外，增大断面还需克服一个障碍，即新增结构面积与原有结构的界面能否良好结合，确保新老两部分面积是否能很好协同受力。因此，这种方案的有效程度较低，但由于它直观，容易被接受。(5)粘

4、贴高强度受力材料。在混凝土表面粘贴高强度的受力材料，符合结构受力特点，传统的做法是在混凝土表面粘贴钢板。但在实际工程中，由于钢板面积大、刚度大、可塑性差、很难与原结构粘贴紧密，加上钢板自重大、操作不便，限制了其应用。多年以来一直在期待一种实用的高强材料。要求其强度、弹性模量大而重量较轻，又有较好的柔性，以避免上述方法的缺点而容易操作。而碳纤维正是这样一种材料，它的出现，会使增大断面的加固有一个根本改观。2碳纤维的市场需求和定位利用碳纤维片高强和可粘贴的性能，把碳纤维片用环氧树脂粘贴在被补强的混凝土结构表面，与原混凝土结构形成一体共同承受荷载，使混凝土结构得到了有效的加强。这种方法能适应各种外

5、形的补强，可多层粘贴，能有效地封闭混凝土裂缝。它与传统的加大混凝土截面或粘钢板补强相比，具有节省空间、施工简便、不影响车辆通行、施工设备少、容易操作、施工质量易保证、基本不增加结构尺寸及自重、耐腐蚀、耐久性能好等特点，采用该方法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维备受青睐和关注，其特点：(1)抗拉强度高，是同等截面钢材的7～10倍。(2)重量轻，密度只有普通钢材的1/4。(3)耐久性好，可阻抗化学腐蚀、恶劣环境、气候变化的破坏。(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。(5)适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和

6、耐久性能。3碳纤维加固技术在鞍钢桥梁加固补强中应用鞍钢东环市73号铁路桥始建于1990年，为单孔钢筋混凝土简支梁桥，桥长6.95m。桥上有火车通行。该桥桥台为混凝土结构，桥台长度为3500mm，宽度为1750mm，高度为2860mm；上部结构为2片钢筋混凝土简支板梁，每片简支板梁梁长为6950mm，梁宽为1920mm，梁高为600mm。该铁路桥位于北出口沙河大桥附近，是鞍钢铁运环市干线的主要通道，大孤山铁矿及球团等鞍钢生产原料运输必经这座桥。由于长期承受动载，梁体混凝土开裂、疏松、粉化、脱落严重，外露主筋箍筋严重锈损，部分钢筋截面已锈至原截面1/4，桥体有渗漏等破损状况，严重影响桥梁耐久性及

7、使用安全。为查明桥梁结构配筋情况和承载能力，对73号铁路桥进行结构可靠性鉴定，为桥梁改造工程提供技术依据。首先对结构布置、桥梁结构上设备荷载(即使用活载、结构构件破损、腐蚀、锈蚀)进行调查，对桥梁和桥台进行回弹及钻芯取样检测，以检测当前混凝土强度等级。再依据国家铁路桥涵、混凝土等规范进行结构验算，以确定桥梁的耐久性。结构耐久性是结构在正常维护条件下，随时间变化而仍满足预定功能要求的能力，对于混凝土结构是指结构