预应力碳纤维片材在桥梁加固中的发展现状与展望

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1、2008年第7期铁道建筑RailwayEnginee“ng7文章编号：1003．1995(2008)07．0007．05预应力碳纤维片材在桥梁加固中的发展现状与展望彭全敏，王海良，陈培奇(天津城建学院土木工程系．天津300384)摘要：对桥梁加固中的新技术——预应力碳纤维布加固中的张拉工艺、控制应力、预应力损失估算、破坏模式、设计理论、使用性能等发展现状进行了总结；并指出这项技术存在的问题及进一步研究的方向，以期为类似工程的实践提供有益借鉴。关键词：预应力碳纤维桥梁加固中图分类号：U445．7+2文献标识码：Al预应力碳纤维片材加固桥梁简述由于材料的老化、环境的腐蚀、

2、超龄服役、工作荷载的改变、设计或施工的质量问题、自然灾害(地震、风等)或人为损坏等，越来越多的桥梁逐渐成为病桥、危桥。为延长桥梁的使用寿命，提高其使用性能，满足更高的功能要求，需要对这些桥梁进行维修或加固。常用的桥梁加固方法有粘贴碳纤维片材法、粘贴钢板法、施加体外预应力法、增大截面法、换梁法等。粘贴碳纤维片材加固法是在桥梁(构件)的薄弱部位，用化学胶粘剂粘贴碳纤维片材，使其与构件内部钢筋共同承受拉力，既可提高结构的抗弯、抗剪、抗压等各种承载力，又可满足使用功能和耐久性、抗震性能的提高，目前在国内外得到广泛应用。该技术具有不增加截面尺寸和构件自重，加固修复不留痕迹，防水

3、、抗腐蚀、耐疲劳、耐久性能好，施工快捷等优点，且因其质地柔软而适用于各种形状尤其是斜、弯、坡及异型结构桥梁的加固。但遗憾的是碳纤维的高强特点仅在混凝土受拉钢筋屈服后才得以发挥，强度利用率不高，对构件正常使用状态下的承载力(开裂荷载、屈服荷载)提高程度不明显，对裂缝、挠度的改善不显著。尤其对于自重较大的桥梁结构，其自重和其它恒载引起的内力占所承受的总内力的比值，随桥梁跨度的增大而提高，故在加固时虽已卸除活荷载，但结构仍存在较大的初始应力，而收稿日期：2008_01．30；修回日期：2∞8．04．10作者简介：彭全敏(1975一)，女，湖北宜昌人，讲师，硕士。碳纤维加固材

4、料是在加固以后才开始受力，碳纤维的应力、应变始终滞后于原结构的累计应力和应变，即必须考虑被加固构件的二次受力问题，这又进一步影响了碳纤维布的强度发挥。究其原因主要是由碳纤维材料性质所决定的。碳纤维为弹性材料，其强度很高(约为普通钢筋强度的10倍)，但弹性模量相对较低(与普通钢筋基本相同)。根据平截面假定，在与钢筋混凝土梁共同工作时。碳纤维的应变与钢筋应变相差不大，故其所承担的应力与钢筋基本相同，强度没有得到充分发挥(仅为其极限强度的20％左右)。若要碳纤维片材充分发挥强度，则其应变必须相当大，而此时被加固构件的挠度、裂缝宽度已超出正常使用极限状态，这是设计所不允许的。

5、为充分发挥碳纤维(CFRP)加固的长处，将粘贴碳纤维加固法与体外预应力加固法相结合，即在对cn沪片材施加预应力后，粘贴于被加固构件的受拉面，待胶粘剂完全固化后放张片材，利用胶粘剂所传递的剪应力对被加固构件受拉区施加预压应力。这种变被动加固为主动加固的方法，不但可以使CFRP高强特性得到提前发挥，在二次受力之前就有较大的应变，从而有效减小甚至消除CFRP片材应变滞后的现象，达到更好的加固效果。同时，由于预应力产生的反向弯矩的作用，可抵消一部分初始荷载的影响，提高使用阶段的承载力，使构件中原有裂缝宽度减小甚至全闭合，并限制新裂缝的出现，从而提高构件的刚度，减小原构件的挠度

6、，改善使用阶段的性能。此外，构件承受荷载后碳纤维的变形分为初始变形和荷载引起的变形两部分，而对应这两部分变形的胶粘剂剪切变形又分别分布于构件的两端和跨中区域，使得胶粘剂的剪切变形8铁道建筑分布更为均匀，可有效避免粘结破坏⋯。鉴于预应力cFRP片材的以上优势，此技术已在国内外桥梁加固中得到了实际应用。Andra等人于1998年成功地对德国Gomadingen市的L丑uter-brid鼯采用预应力CFRP板材进行了加固修复。Luke与Darbv等人(1999—2000)对牛津的卧he铸铁桥进行了加固修复，该项目是世界上首次应用预应力CFRP板材加固金属桥梁结构，加固后Hy

7、the桥的承载力由75kN提高到了400kN。我国湖南省浏阳市境内原设计荷载为汽一15、挂一80的金刚头桥，在2005年采用粘贴预应力CFRP板加固忆1后其通行荷载达到汽一20、挂一100。由此可见，预应力CFRP片材加固是一种非常有潜力的加固技术，在桥梁加固中具有较好的应用前景。2国内外预应力碳纤维加固桥梁的工艺及设计理论对预应力CFRP片材加固的研究，目前基本集中于钢筋混凝土梁受弯性能的增强，也有少数进行了钢梁、钢一混凝土组合梁的加固研究。2．1预应力施加方法1)反拱法：通过液压千斤顶使梁反拱，然后粘贴CFRP片材于梁底。结构胶固化后撤去千斤顶，