碳纤维加固技术在桥梁工程中的应用.pdf

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1、碳纤维加固技术在桥梁工程中的应用孙虎跃，李丽，孔超(西华大学建筑与土木工程学院，四川成都6l0039)摘要：本文探讨了桥梁加固技术中的新型碳纤维加固方法，介绍了碳纤维材料与传统材料相比的性能优势。以及用于结构加固的技术特点，最后结合实例来说明碳纤维加固技术。关键词：桥梁加固；碳纤维；施工工艺中图分类号：U445．7+3文献标识码：B文章编号：1672—4011(2011)01一0116一02O前言中国桥梁工程的发展已具有相当规模，随着交通量的不断增加，行车密度及车辆载重也越来越大，桥梁负荷日趋加重。有一部分桥梁是中国20世纪80

2、年代以前修建的，因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题。而20世纪80年代以后修建的，其中已有不少桥梁暴露出缺陷，更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化的现象，影响其承载能力和使用寿命。因此，采用适当的加固和改造技术措施，恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力。延长桥梁的使用寿命，以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。各种新型工程材料的出现历来是土木结构工程发展的先驱和动力。碳纤维材料的出现和成功应用于土木工程的加固上，使结构加固技术研究更上一层楼。碳纤维是一种以纤维作为增强材料，以纤维、沙线或织物的形式增强树

3、脂基体的复合材料，碳纤维加固技术在房屋、桥梁、隧道等混凝土结构得到了广泛的发展和应用，我国在此领域的研究始于20世纪70年代末80年代初。1概述碳纤维具有的片材轻、强度高、施工便捷等优异性能。大量试验研究证明，在正常使用极限状态下，碳纤维片材的高强度性能在混凝土结构加固中往往得不到完全的发挥，这是当前预应力碳纤维片材加固技术得不到充分重视的主要原因。碳纤维片材虽然具有高于钢材近十倍的强度，由于弹性模量与钢材接近，这意味着只有在碳纤维片材产生的变形近十倍于钢材的屈服变形时，才能充分发挥它的高强度性能，而此时结构已很难满足正常使用极

4、限状态的变形控制。为了满足正常使用极限状态的变形要求，碳纤维片材的设计变形量必须进行控制，因而碳纤维的强度才能得到充分的利用。2碳纤维加固技术的适用范围(1)对于桥梁以及工业与民用建筑的梁、板、柱、剪力墙等结构，由于设计、施工、使用、徐变、结构老化或因结构承载力不足等造成的原因，可以使用预应力碳纤维板进行加固，以恢复其结构整体性和使用功能。(2)对于新建斜拉桥或需要换索的斜拉桥，可以使用碳纤维预应力索来替代当前使用的拉索，也可以作为体外索在加固结构中使用。3预应力混凝土空心板粘贴碳纤维加固目前一些工程在使用中发现预应力混凝土空心

5、板存在着质量隐患，包括跨中附近裂缝、端部裂缝、板底或板肋蜂窝、麻面及露筋，混凝土强度不足和受力主筋质量不合格等等。上述问题影响结构安全时，就必须采取措施进行加固处理。加固处理的方法很多，如板面浇注混凝土叠合层、板孔剔槽埋筋现浇等，这些方法不仅施工难度大，周期长。有时还影响使用功能。碳纤维布有很高的强度重量比、极好的耐腐蚀性能及耐久性，施工简便快捷，粘贴碳纤维布加固方法比其它方法更有优势，为此对粘贴碳纤维布加固预应力空心板技术进行试验研究，具体试验过程如下：3．1试验材料选用冷轧带肋钢筋预应力混凝土空心板，图集号为：L95c404

6、，板号为：YKBL33—22d，尺寸为：3280x590×120栅，混凝土强度等级c25。其中B1、B2为对比试验板，未进行加固处理；B3～B6底部通长粘贴日本产m—c1—20碳纤维120mm宽两道。试验用FTs—C1—20碳纤维材料性能指标：厚度0．111咖，单位面积重量200g／m2，密度1．8g／cm3，拉伸强度3550MPa，拉伸模量235GPa，粘贴碳纤维结构胶选用日本产FR—E3P。3．2试验方案在预应力混凝土空心板跨中混凝土及碳纤维上粘贴电阻应变片，按《预制混凝土构件质量检验评定标准》(GBJ321—90)对预应力

7、混凝土空心板进行结构性能试验。在1．O倍正常使用短期荷载检验值作用下持荷30IIlin，其余每级荷载作用下持荷10min。持荷载结束时，使用静态电阻应变采集仪跟踪记录混凝土及碳纤维在各级荷载作用下的应力应变情况，用百分表量测空心板在各级荷载作用下的挠度变化，用读数显微镜观测裂缝宽度并记录裂缝开展情况，所有试验均做到破坏为止。试验结果见表1。表1空心板的试验结果极限弯矩kN·m加固板开裂极限Mu．材料破坏荷载弯矩荷载试验值计算值∥Mu应变特征号kNkN·mkNMu．tMu妣Bl11．195．9324．8011．3210．361．1

8、0主筋拉断B211．195．9325．8011．72lO．361．12主筋拉断主筋、碳纤维B324．6l11．2547．Ol20．1517．151．1711000均拉断主筋、碳纤维B421．8010．1542．5918．4017．161．cr79876均拉断主筋