碳纤维布加固技术在桥梁补强工程中的应用.doc

HYPERLINK"http://www.hwtxw.com"碳纤维布加固技术在桥梁补强工程中的应用

运用碳纤维布织物对混凝土结构进行补强，是近年来在发达国家运用的非常普遍的一门新技术。在美国、日本，上世纪80年代初就进行了这方面的试验研究，特别是日本，从规范的制定到工程的广泛应用，使碳纤维布加固技术已经变得相当成熟。
我国于上世纪90年代末开始碳纤维布加固技术的试验研究，并在近2～3年内在房屋建筑中有了一定数量的工程实践，但是在桥梁工程中应用极为有限，目前全国仅有区区数例。本次对北京市四环路上立交桥梁的盖梁运用碳纤维布加固，在北京地区还是首次，加固的碳纤维布面积近400㎡，目前国内还未见类似桥梁加固工程的报道。
2加固工程概况及加固方案的比选
2.1加固工程概况
本立交位于北京市北四环，为菱形首蓿叶互通式立交。建成于1988年。上部结构为预应力混凝土T梁，中央隔离带内外侧分别为机动车道及非机动车道，对应的荷载标准分别为汽车-超20级、挂车-120和汽车-15、挂车-80。四环路成为城市快速路以后，需将原非机动车道改建为机动车道，并增建新的非机动车道。
2.2加固方案的比选
由于改建后的原非动车道需提高荷载标准，非机动车道T梁必须直接更换。上部结构改建后荷载增加了，原盖梁已不能满足使用要求，也需进行相应的改造。原各中墩盖梁为两跨外加悬臂的变截面普通钢筋混凝土连续结构。由于盖梁在机动车道及非机动车道隔离带处没有断开，如何改建成了一道难题。拟考虑了以下几种方法：
⑴拆除重建。但因盖梁起承上启下的作用，必须首先中断半幅路的交通。先拆除桥面铺装，再拆除主梁间的现浇段，吊走主梁，最后拆除盖梁。但原机动车道的铺装层及主梁间的现浇段在拆除过程中全部报废，盖梁也全部报废。施工周期长，工程费用过大且造成一定程度上无法避免的浪费。对于车流量极大的四环路而言，中断一半的交通也有很大的困难。
⑵将盖梁及墩柱之间用膨胀混凝土完全浇筑起来，形成一个连续墙结构。本方法虽然简便易行，也很经济，但效果难于预料。主要是新旧混凝土界面的粘结强度不高，混凝土的膨胀率不好控制，真实的受力状况很难与实际情况相符，形成连续墙后，各跨间视觉效果很差，也影响自然采光，并且增加了基础的恒载重量。
⑶喷射钢纤维混凝土和外包钢板。但主梁梁端在跨间处距盖梁外侧面仅有5㎝距离，施工空间难以保证。
⑷采用新型的碳纤维布得复合材料进行补强加固。主要利用它极强的抗拉强度（是普通Ⅱ级钢筋抗拉强度的10倍以上），其弹模也与钢材相当。其自重轻，对原结构的厚度增加很小，加固后的表面可进行各种装饰喷涂。施工时不需要特殊设备及大型机械设备，不需中断交通。不需大的施工空间，施工周期短。费用比用钢材加固稍高。
经过以上各方案的比选，最终选用碳纤维布材料进行盖梁加固。
3碳纤维布的各项力学指标及耐久性
3.1力学指标
日本、美国的一些碳纤维布生产企业在国内有很多代理，他们的产品质量不错，并且对施工进行技术指导。从已完成加固的工程量来看，很多项目均采用直接引进成品碳纤维布，但费用较高。本次加固采用的碳纤维布是从日本引进的原料丝，在国内进行编织生产，大大降低了费用。其各项性能指标已基本达到国外同类产品的水平，可以满足工程的需要。其各项指标如下：
⑴碳纤维布布性能
CFC-20CFC-25CFC-30质量（g/㎡）
拉伸强度（MPa）
拉伸模量（GPa）
拉剪强度（MPa）
粘结强度（MPa）200±10
3730
235
11.40
2.56250±10
3930
235
11.40
2.56300±10
4050
235
11.40
2.56根据对现况盖梁的受力计算，以及碳纤维布布的力学性能及能够有效粘结的最大层数，最终碳纤维布布选用CFC-30型。
⑵配合用树脂力学性能
本桥梁加固施工必须在6月-7月上旬完成，桥梁结构温度具有受季节及天气影响大的特点，各种配合碳纤维布用的树脂粘贴剂必须满足此时的施工环境温度。为此，特意选用了适用于春夏季配方的三种粘贴剂，其施工温度为10℃～20℃，固化温度为常温。主要力学性能见下表：
表面树脂SE修平树脂RE浸渍树脂IE拉伸强度（MPa）
弯曲强度（MPa）
压缩强度（MPa）
拉剪强度（MPa）
粘结强度（MPa）/
/
/
/
2.2/
/
76
14.3
2.157.5
93.1
85.1
15.5
/3.2耐久性
桥梁结构长期暴露在室外，平时有风霜雪雨的作用，以及阳光的直接曝晒。冬夏季温差大。大气中的二氧化硫含量高，冬季除冰盐的使用会增加结构物中氯离子的含量，因此，碳纤维布材料在桥梁工程中的使用相对于民用建筑而言，提出了更高的要求。针对本桥应该满足的耐久性要求，我们在选择碳纤维布布时严格要求其各项耐久性指标，主要有：
⑴暴露于户外的耐候性
·抗紫外线性能
多年