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工程案例

業(yè)務范圍

混凝土橋梁粘貼加固技術

發(fā)布時間：2014-07-20

1 引言
舊橋加固改造工程同其它任何事情一樣，有其內(nèi)在的規(guī)律，在做某座橋梁的具體加固設計時都有一定的技巧，都要遵循一定的步驟，同時又極具創(chuàng)造性。所以，我們應通過創(chuàng)造性的工作去盡力解決舊、危橋的加固改造工作。盡管每座橋梁的修復工程具有各自的特點，但存在可進行比較、評價的一般性概念，以決定采用最實用的技術。由于這些特點，總是需要在橋梁修復工程中進行創(chuàng)造性的思考和技術革新。新的材料和技術的不斷發(fā)展，又提供了更有效、更耐久的維修方法。為此，工程界需要新興的、科技含量較高的加固技術。粘貼碳纖維布加固混凝土結構技術是一項新型的結構加固技術,可在環(huán)境可惡劣的情況下使用,養(yǎng)護簡便.阻礙該技術推廣的主要因素是耐久性問題.
提高混凝土橋梁結構承載能力的常用方法有：增大構件截面,表面粘貼加固,施加體外預應力,增設受力構件及改變結構體系等,其中前3種方法在工程實踐中最為常見。施加體外預應力法是一種可靠的加固方法,能夠較大幅度地提高橋梁承載能力及剛度,但施工工藝要求高、施工難度大；增大構件截面法在小跨徑梁板橋、拱橋及少量構件補強等的應用中也可以獲得良好的加固效果；大多數(shù)情況下,采用表面粘貼加固的方法能夠滿足橋梁加固的要求,與上述方法相比,具有施工簡便快速、不增加(或很少增加)結構自重以及適用范圍大、對環(huán)境干擾少等優(yōu)點。
粘貼加固方法即采用化學粘結劑將補強材料直接粘貼在混凝土構件表面,使之與構件形成受力整體,以提高結構承載力的一種加固方法。近十幾年來,粘貼加固技術在國際上的研究與應用發(fā)展迅速,從傳統(tǒng)的粘貼鋼板的應用研究正朝著粘貼纖維增強復合材料(FRP)的研究應用方向快速發(fā)展,我國在這一領域的研究與應用也已積累了大量的經(jīng)驗與成果。
2 粘貼鋼板加固技術
粘鋼加固技術的應用始于20世紀60年代末70年代初,法國、南非等國家首先采用該技術對混凝土結構進行加固補強,隨后瑞士、日本、英國等國家相繼采用,其中日本在1975年應用此項技術先后對200多座橋梁進行了加固,以提高結構承受重型交通荷載的能力,取得了較好的效果。實踐證明,采用粘貼鋼板補強的方法能有效提高結構的抗彎、抗剪及抗開裂性能。而正是由于該加固技術不改變結構外形等特點,在許多情況下替代了增大截面加固技術,成為20世紀80年代的一種先進加固方法,為設計人員所普遍采用。我國20世紀90年代初的中國工程建設標準化協(xié)會標準《混凝土結構加固技術規(guī)范》(CECS 25∶90)及交通部頒布的國家行業(yè)標準《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTJ073-96)都將此項技術列入推廣。在這一領域,我國于20世紀80年代初就開始研制自主知識產(chǎn)權的結構粘貼用膠,加固材料的國產(chǎn)化大大降低了加固成本,有力地促進了粘貼鋼板技術的發(fā)展。到目前為止,粘貼鋼板加固法仍是混凝土橋梁加固的首選方法。
2.1外部粘鋼加固法工藝介紹
1、外部粘鋼加固技術是將強度高的鋼板粘貼于被加固的構件，使鋼板和混凝土形成一個新的整體，從而有效提高構件的剛度和抗裂性，該技術已廣泛應用于構件的抗彎抗剪，抗壓加固。
2、外部粘鋼加固使原結構自重增加極微，不需要基礎等下部結構的連鎖加固或補強，結構截面變化甚小，不改變原結構的形式，可以基本達到原結構的外觀要求。
3、施工周期短，一般24小時可拆模，72小時可正常使用。施工時幾乎不影響正常的生產(chǎn)或營業(yè)，特別對不能停產(chǎn)停業(yè)的單位，施工效果更佳，綜合經(jīng)濟效益更高。
4、該技術于1983年通過了中國科學院與中國城市建設環(huán)境保護聯(lián)合鑒定，并已列為我國CECS25：90標準《混凝土結構加固技術規(guī)范》。
5、工藝簡單流程如下：
表面處理→結構膠配制→涂敷膠→粘貼→固定、加壓→固化→卸支撐檢驗→防腐處理
6、應用范圍：
（1）、因混凝土等級偏低。
（2）、結構受力鋼筋配置不足或漏配。
（3）、因施工原因造成結構達不到原設計的承載能力。
（4）、使用不當或非人力的原因造成結構承載能力的降低或變形過大，裂縫寬度超過允許值。
（5）、結構在使用中遇到有害介質使鋼筋因腐蝕而截面減少，混凝土大量剝落影響正常使用。
（6）、由于使用要求改變，如加層、設備改變等致使結構超載需加固、補強或需提高原結構的承載能力，構造物超齡使用而需加固等。
隨著對此項技術研究應用的不斷深入,該方法的一些不足逐漸暴露了出來。首先,鋼板因遭受污染大氣侵蝕等原因造成各種化學腐蝕而影響其加固效果,這使得后期的養(yǎng)護維修問題變得異常突出；再就是研究發(fā)現(xiàn),粘貼鋼板結構在承受長期動載下的抗疲勞性能不甚理想,這是由于鋼板剛度較大,施工時的誤差等原因使得結構使用中容易在粘結面上發(fā)生剝離脫空,特別是鋼板端部更易發(fā)生剝離破壞,加固設計時一般需附加螺栓加以輔助錨固,這從一定程度上增加了施工難度并對原結構造成一定程度的損傷。
3 粘貼FRP加固技術的研究應用
纖維增強塑料（FRP）加固修補混凝土結構技術是目前國內(nèi)外土木工程領域研究、開發(fā)的一個熱點，并已得到廣泛的應用。通常做法是利用環(huán)氧樹脂膠把纖維布或板粘貼在混凝土表面以提高其承載能力和變形能力。近年來有學者提出一些新的加固方法，如嵌入式加固法（NSM）和快速鉚固法，前者仍屬于粘貼類型加固方法。本文著重介紹了后一種加固方法，總結了相關參數(shù)對加固結構抗彎承載力的影響，指出了這種加固方法存在的一些問題。
近年來，纖維類材料在土木工程中的應用一直是國內(nèi)外研究的熱點。隨著材料技術的發(fā)展，現(xiàn)在已開發(fā)出來了多種高科技纖維材料，如玻璃鋼（玻璃纖維增強塑料）就是其中的一種。在所有的這些纖維材料中，碳纖維材料是迄今為止應用于土木工程領域最早、技術最成熟，也是用量最大的一種高科技材料。隨著碳纖維材料被應用于建筑業(yè)，碳纖維布（CFRP）加固混凝土結構新技術隨之出現(xiàn)。
近十幾年來，國內(nèi)外的碳纖維及其復合材料工業(yè)處于高速發(fā)展階段，碳纖維及其復合材料的力學性能取得突破性進展，生產(chǎn)技術和生產(chǎn)效率明顯提高，產(chǎn)品成本穩(wěn)中有降。
而且碳纖維的抗拉強度和延伸率不斷提高，抗拉強度達到7000Mpa以上，延伸率從1.0%左右提高到2.0%左右，最高者為2.4%，從而使碳纖維復合材料可以用于主承力結構。
纖維增強復合材料是以連續(xù)纖維浸漬在用于粘合纖維的聚合物中硬化后形成的。目前結構工程中常用的FRP材料主要是樹脂基體的玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)等3種；FRP產(chǎn)品在外形上大概分為筋、片材、管材、型材等幾種。各種FRP材料的力學性能參數(shù)變化范圍很大,但都具有一些共同性質：高的強度重量比和剛度重量比率、拉斷前為彈性、熱膨脹系數(shù)低、各向異性、輕質、耐腐、無磁、良好的抗疲勞性及高的耐久性等。由于這些性質以及其產(chǎn)品應用于工程中可設計性強、施工簡便及使用維護成本低等特點,使得FRP現(xiàn)在已成為國內(nèi)外土木工程界中研究和應用的熱點。FRP產(chǎn)品在土木工程中的應用可以分為2類：(1)用于現(xiàn)有結構的修復和加固；(2)直接用于增強新建結構。它們在工程中成功應用的基礎是新的復合結構的概念和體系,并與傳統(tǒng)材料如鋼、混凝土結合起來,充分發(fā)揮了各自材料的優(yōu)點。
3.1 FRP加固技術發(fā)展簡介
碳纖維作為一種高科技材料,最早主要應用于航空、軍事等領域,以后逐漸發(fā)展到船舶、汽車及體育用品等領域。自20世紀80年代后期開始,歐洲一些國家以及美國、日本、加拿大等國一直在開展FRP加固結構技術研究工作并進行了大量的工程實例應用,各國的混凝土研究或管理機構相應制定了有關FRP加固結構設計及施工等方面的規(guī)范、規(guī)程、指南等。CFRP以其優(yōu)異的物理力學性能而在FRP材料中備受推崇,并日益得到更廣泛的應用。
我國在這一領域自20世紀90年代中期起步,業(yè)已取得了大量研究成果,相關標準正在編制中,其中《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規(guī)程》已于2001年完成報批稿,《結構加固修復用碳纖維片材》和《片材加固修復結構用粘結樹脂》兩項產(chǎn)品標準已完成征求意見稿,《高性能纖維復合材料應用技術規(guī)范》及《公路混凝土橋梁的加固技術規(guī)程(討論稿)》也正在編制中。目前,FRP產(chǎn)品在我國的應用大多在工業(yè)與民用建筑物結構的加固修復中,這與其他國家不同。例如在日本,1987年~2000年共計應用CFRP600余萬m2,其中41%的數(shù)量應用于橋梁的加固補強,其他國家應用FRP加固補強橋梁結構的數(shù)量也很大。我國近幾年在FRP加固補強橋梁結構方面的研究應用正在加快發(fā)展步伐。
粘貼碳纖維加固法工藝介紹：
1、碳纖維布加固修復混凝土結構技術是采用配套膠粘劑將碳纖維布粘貼于混凝土表面，起到結構補強和抗震加固的作用。
2、碳纖維是高科技材料，最早使用于航天工業(yè)領域，碳纖維加固技術具有高強高效，適用范圍廣，不增加構件自重和體積，耐腐蝕性好等優(yōu)勢。
3、應用范圍：
（1）、應用于特殊環(huán)境（高濕度、腐蝕等）下鋼筋砼以及補強幅度較高的鋼筋砼結構，如道路橋墩，鐵道高架橋，建筑物梁柱的補強加固以及隧道內(nèi)壁修補，水池內(nèi)襯補強，排水管道補強加固等。
（2）、梁、板等受彎構件的受拉區(qū)加固。
（3）、梁、柱沿與軸線垂直方向的受剪加固。
（4）、柱的抗震加固。
3.2 粘貼CFRP加固橋梁結構技術
目前,我國在橋梁加固方面主要是研究應用粘貼CFRP片材(碳布)加固技術。碳布根據(jù)纖維方向分為單向布和雙向布2種,其中以應用單向布為主,其拉伸強度是等截面普通鋼材的10倍或更高,彈性模量在(2.4~6.4)×105MPa,是一種較理想的混凝土結構加固補強材料。試驗證明,碳布粘貼加固橋梁構件能大幅度提高梁板的抗彎、抗剪性能以及混凝土柱的抗壓、剪、彎能力,并能顯著提高橋梁構件剛度及延性(如抑制開裂、降低撓度等)。
與傳統(tǒng)的粘鋼加固技術相比,粘貼CFRP布加固技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：高強高效,可設計性強,適用范圍廣；基本不改變原結構外觀,不會對原結構造成損害；運輸、儲存、施工更方便、快捷,更易保證施工質量而且后期維護費用低；其化學結構穩(wěn)定,在耐候性、耐腐蝕性以及抗疲勞性能等方面的優(yōu)良品質更是粘貼鋼板所無法比擬的,并且實驗表明其對結構有著良好的隔離氯化物離子的效果。
3.3 FRP加固技術應用需注意的問題
(1)與傳統(tǒng)結構材料不同,FRP材料通常表現(xiàn)為各向異性,例如上面提到的單向碳纖維布,它只在沿纖維方向上的強度和彈性模量較高,而在垂直纖維方向則很低,這是在加固設計時要充分考慮的問題。另外,部分FRP產(chǎn)品,如玻璃纖維等的彈性模量較低也是其作為結構材料的劣勢,設計中要充分考慮。
(2)FRP材料的物理力學性能還有一個特點,就是其抗剪強度僅為其抗拉強度的5%~20%,這使得材料的連接成為突出的問題,設計中要充分考慮合理的連接方式、連接尺寸、連接位置以及盡量減少連接等。
(3)FRP產(chǎn)品的質量及其配套用粘結材料的可靠性是保證FRP粘貼加固技術成功應用的關鍵。首先,FRP材料編制生產(chǎn)的勻質性、材料拉伸強度等技術指標的離散性等,都對結構可靠度指標有很大影響(設計時要考慮指標折減)；其次是配套用各種樹脂材料的粘結相容性等性能指標更是保證可靠粘結的關鍵,因為在FRP材料設計用量充足的條件下,粘結部位的剪切破壞是制約FRP材料性能充分發(fā)揮的最大因素,而且,FRP材料對環(huán)境變化的敏感程度遠比FRP材料與混凝土之間的粘結面低,解決FRP材料加固混凝土結構耐久性問題的關鍵就是解決粘結面的耐久性問題。一些關于FRP-混凝土界面粘結剝離破壞形式下的耐久性能測試表明,使用不同的粘結材料,結構抗彎性能下降的幅度不同,分別在3%~33%之間。
(4)大量研究表明,雖然FRP材料本身的抗疲勞性能優(yōu)于傳統(tǒng)結構材料,但初始缺陷和工作環(huán)境對FRP材料抗疲勞性能的影響非常顯著。在這一方面,除首先保證施工質量外,有一些問題還待進一步研究。
(5)施工控制和加固質量檢驗是粘貼加固工程中要認真對待的問題。例如施工時環(huán)境溫度、濕度、通風條件等的控制,結構表面處理、粘結位置、粘結劑有效使用期和涂層厚度等的控制,養(yǎng)護方法及時間要求,以及現(xiàn)場正拉粘結強度試驗等。因此要求盡量選擇有經(jīng)驗的專業(yè)施工隊伍并嚴格按設計要求施工并進行檢測驗收。
(6)與混凝土相比,一般FRP材料的防火性能較差,而且部分樹脂材料在持續(xù)高溫情況下會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象,并導致材料力學性能的降低。這一問題也應引起注意并加以深入研究。當然,橋梁結構對這一方面的要求相比建筑結構較少。
3.4 CFRP加固技術
目前，CFRP在橋梁工程中大量用于加固橋梁，恢復和提高既有橋梁的承載能力。相對于粘貼鋼板加固，粘貼CFRP復合材料加固橋梁具有施工方便、適應性好、耐腐蝕、幾乎不增加結構自重、不必打孔，因而對原結構不會造成新的損傷等優(yōu)點。
3.4.1、碳纖維布用于加固補強的技術特點
碳纖維布加固法是一種新型的結構加固技術，它是利用樹脂類膠結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，并與結構形成整體受力體系，增強被加固結構的抗彎或抗剪能力，從而達到對結構補強加固及改善結構受力性能的目的。
與傳統(tǒng)的混凝土結構加固技術相比，碳纖維布加固法具有很明顯的優(yōu)越性：碳纖維材料具有優(yōu)異的物理力學性能，其抗拉強度高于普通鋼材的10倍，極適合于鋼筋混凝土結構的加固補強；其輕質柔軟，適用面廣，施工便捷，尤其是可在不中斷交通時進行加固施工；加固厚度小，可不增加原結構的恒載，特別適用于建筑高度受限制情況下加固補強；同時還具有良好的耐久性及耐腐蝕性等。
碳纖維布加固補強法，始于二十世紀八十年代美、日等國家，目前是國際土木工程領域開發(fā)研究的一個熱點。我國是在1997年才正式開始對碳纖維類加固技術進行研究的，并在1998年開始了實際的工程應用。
3.4.2、碳纖維布加固混凝土構件應用范圍
目前，用于結構加固增強的碳纖維布（CFRP）材料其形式可分為片材（包括布狀和板狀）、棒材以及格狀材等幾種。此外，還有各種各樣的CFRP型材。片材一般通過環(huán)氧樹脂粘貼于混凝土受拉表面；棒材通常作為代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋（主筋或箍筋）的材料。近年來，對棒狀進行張拉后，在混凝土結構的體內(nèi)或體外進行預應力增強式加固法的方法得到了很大的發(fā)展。而CFRP格狀材則是通過1－2cm厚的聚合物灰漿將其粘結在既有結構上，或只通過適當?shù)腻^固方法將其固定在既有結構物上進行加固。
CFRP布狀片材的形狀有單方向或雙方向編織制品、單方向配列制品及預浸處理制品等。CFRP片材加固形式是多種多樣的，主要可分為抗彎曲、抗剪切、抗壓縮、抗震加固及劣化防止等。其加固效果可表現(xiàn)為控制裂縫寬度和提高裂縫分散能力，增強結構剛度、抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗疲勞強度、提高結構的延性、耐久性能力及防下落物等。對于某些橋梁，通過在柱形橋墩表面環(huán)繞粘貼CFRP纖維布，可以提高混凝土橋墩的抗剪切能力和延性；混凝土柱受到環(huán)繞粘貼的CFRP箍束作用，其截面的抗壓強度也有一定提高。在混凝土橋橋面板上下表面粘貼包裹CFRP纖維布，可以降低鋼筋應力、增強結構抗疲勞能力以及對已經(jīng)出現(xiàn)損傷和裂紋的部分進行加固。在一般建筑物結構中對混凝土框架結構、樓面板甚至磚墻、剪力墻的抗彎、抗剪切加固。另外，在道路和鐵路隧道方面，由于地震載荷和非均勻山地土壓而產(chǎn)生的集中載荷會造成隧道混凝土內(nèi)壁的縱向裂紋、變形過大以及局部脫落，從而大大降低了隧道的安全性和使用壽命，通過在隧道混凝土內(nèi)壁粘貼CFRP纖維布可以增強抗彎性，有效防止已有裂紋的進一步擴展，延長使用壽命。
3.4.3、錨固FRP板加固技術實施
這種方法不使用粘結膠，而是使用若干均勻分布、細小的鉚釘把纖維增強塑料板固定在混凝土表面，沿纖維板縱向純彎段內(nèi)鉚釘間距為20cm左右，剪跨段內(nèi)5cm左右；沿纖維板縱向全長范圍內(nèi)均勻布置有鉚釘。為了使荷載均勻地傳遞給纖維板，避免鉚釘處纖維板的應力集中引起破壞，因而沒有采用大直徑的鉚釘，而是使用直徑小、間距密的鉚釘。通過調整鉚釘間距及鉚釘?shù)拈L度可以有效解決纖維板和混凝土之間共同受力的問題。施工時，在加勁纖維板上需要打入鉚釘?shù)牡胤阶錾蠘擞洠〖觿爬w維板兩端、邊角臨時固定在混凝土表面，使用專門的設備把鉚釘直接穿過纖維板打入混凝土中；也可以在預定位置先用鉆機把孔鉆好，然后再打入鉚釘，以減少鉚釘打入時表面混凝土的剝落。
3.4.4、與粘貼纖維板方法的比較
（1）施工簡單方便、速度快。粘貼纖維板方法相對比較耗時，需要對混凝土進行噴沙、打磨、摸平表面等工序以適合粘貼，這需要在半專業(yè)人士的指導下進行，粘貼質量的好壞直接影響到補強、加固的效果。而鉚固法只需要鉆機和專門的鉚釘打入設備，操作方便、速度快。據(jù)比較，在相同條件下，機械鉚固法是粘貼方法所耗時間的1/8～1/10。
（2）施工期間不影響使用，施工完成后不需要養(yǎng)護期，可以馬上投入使用。粘貼纖維板方法在施工后，粘結膠在24小時內(nèi)不能受到擾動，加固后的結構需要幾天的養(yǎng)護時間才能達到設計強度。鉚固法由于用鉚釘直接固定，施工完成后即可發(fā)揮新的使用功能，這對于交通繁忙的橋梁以及抗災、救災、戰(zhàn)時搶修等爭取時間的情況都是很有利的。
（3）如果纖維板和混凝土粘結可靠并且忽略粘結膠厚度的影響（目前大多數(shù)計算模型都采用這種假定），則纖維板與混凝土之間是變形協(xié)調的。機械鉚固法中，兩者之間沒有協(xié)調關系；若忽略纖維板與混凝土表面之間的摩擦，相鄰鉚釘間纖維板的應變是相等的，并等于相鄰鉚釘間混凝土底面的平均應變。
（4）粘結膠在高溫環(huán)境下粘結強度的下降以及隨時間的老化，都會降低粘貼方法的加固效果。鉚固法不存在對環(huán)境、氣候的敏感性。
（5）鉚固法在打入鉚釘時會引起表面混凝土的剝落，增加混凝土結構的初始裂縫，這是此種方法不利的一面；采用預先鉆孔措施可以減小剝落的產(chǎn)生。為了避免鉚釘處纖維板過大的應力集中，必須增加鉚釘?shù)姆植济芏取⒖刂评w維板的彈性模量和拉力。影響加固性能的因素有：纖維板彈性模量、鉚釘間距和長度、是否預先鉆孔、鉚釘離混凝土邊緣的距離等。
3.4.5、相關參數(shù)對加固性能的影響
（1）在純彎段內(nèi)布置了鉚釘?shù)牧旱玫搅溯^高的承載力，相比之下，沒有布置鉚釘?shù)牧撼休d力要低一些。
（2）預先鉆孔可以減少可見的初始裂縫和表面混凝土剝落，使鉚釘打入深度增加，提高加固梁總體的承載力和延性。
（3）鉚釘離混凝土邊緣的距離愈小，打入時產(chǎn)生的初始裂縫就愈多，因此保證鉚釘與混凝土邊緣之間一定的距離是必要的。
（4）對于高彈性模量的纖維板，預先鉆孔時，加固梁直到上緣混凝土壓碎都和纖維板結合緊密；而沒有鉆孔時，加固梁因纖維板脫離而破壞，極限承載力比前者小。
（5）把鉚釘間距由5.1cm增大到7.6cm時，加固梁在鋼筋屈服時承受的彎矩相同，但極限承載力稍微減小。
（6）當增加鉚釘?shù)拈L度時，加固梁在鋼筋屈服時承受的彎矩以及極限承載力都相應提高。
3.4.6、碳纖維布加固橋梁實例
3.4.6.1 、工程概況
雙鳳橋位于白（沙關）景（德鎮(zhèn)）公路102公里樁處，該橋原為一半永久性橋梁（修建年代不詳）：上部構造為木板橋面；下部結構為漿砌塊石擴大基礎配實體墩臺（據(jù)調查基礎放置在巖層上）。1970年將該橋改造成全長為34.10米的永久性橋梁：將橋墩加設局部斜撐（挑臂）拓寬；上部結構改為4孔普通鋼筋混凝土工字梁與微彎板組合結構。設計荷載為汽車—13級，驗算荷載為拖車—60，橋面設計凈空為凈-7.25m 2×0.25m。
、工字梁加固提載計算要點：
由于雙鳳橋未查詢到有關詳細設計圖紙及竣工圖紙等資料，對工字梁內(nèi)部配筋不清楚，因而加固設計中從安全角度出發(fā)，僅考慮從汽車—13級（拖車—60）；提載到汽車—20級（掛車—100）跨中截面增加的彎矩值來驗算補強鋼筋量。
經(jīng)計算由汽車—13級（拖車—60）提載到汽車—20級（掛車—100）跨中截面增加彎矩值△M=485.08KN，跨中截面慣矩I=0.1201m4，中性軸到下緣距離h1=0.60m，截面高h=0.83
綜合有關情況，本次對工字梁提載加固決定采用碳纖維布，因而計算碳纖維布截面面積：
Acf=Ag(Rg/Rcf)=242.3mm2 （3.1）
上式中：Acf——碳纖維布截面積；
Rcf——碳纖維布抗拉設計強度。
為了方便碳纖維布的裁剪操作及考慮儲備，考慮每層碳纖維布寬為250mm，粘貼兩層，五片工字梁實際粘貼碳纖維布截面面積為Acf=250×0.167×2×5=417.5mm2。
3.4.6.2、雙鳳橋靜載試驗
（1）靜載試驗概述
為能對碳纖維布在舊橋加固中的使用性能進行量化分析，分別對雙鳳橋加固前、后進行了等效靜載試驗，且兩次靜載試驗采用的加載車輛、荷載等級及加載位置均相同。由于該橋未查詢到原設計圖紙及竣工圖，對各片主梁的配筋無法考證，根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》和《公舊橋承載能力鑒定方法》中的有關規(guī)定確定，加固前后兩次荷載試驗的性質為輕型荷載試驗。
根據(jù)工字梁橋的受力特點，加固前后兩次靜載試驗分別測試了工字梁跨中截面下緣鋼筋應力（應變）、跨中撓度及裂縫。并按兩種工況進行試驗：第一工況為兩輛加載車偏載（最外側車輪中心離人行道邊緣50cm）；第二工況為兩輛加載車對稱中心布載。
（2）靜載試驗分析及結論
１）在工字梁梁底粘貼碳纖維布后，在相同的受力狀況下跨中梁底鋼筋應力明顯減小，減幅最大達8.12%，相應跨中部位撓度（變形）亦減小，最大減小幅度達9.52%。說明粘貼碳纖維布后，工字梁抗彎強度增大。并通過分析說明：雙鳳橋加固后符合汽車－20；掛車－100的荷載使用要求。
２）粘貼碳纖維布后，在試驗荷載作用下，原跨中梁底裂縫得到抑制，在相同荷載、相同加載位置作用下，加固后裂縫寬及高度明顯小于加固前，加固后主梁最大裂縫寬僅為0.15mm，完全符合《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》中的有關規(guī)定。
３）所測應力（應變）、撓度數(shù)據(jù)基本與理論值相符，并呈彈性變化，塑性變形率最大為0.08%。
4、裂縫注漿加固法：
4.1工藝介紹：
裂縫注漿是采用壓力注漿技術對已開裂的砼構件注入特殊的化學物質進行修復、加固。
工藝流程為：
裂縫調查→裂縫處理→設置灌漿嘴→注漿→固化→檢驗。
4.2應用范圍：
它廣泛應用于混凝土橋梁、房屋水利、路面等工程中構件外部大面積加固，混凝土寬窄裂縫的修補，混凝土內(nèi)部缺陷（蜂窩、孔洞、疏松等）的修補。

5 結語
碳纖維布加固法是一種新型的結構加固技術，有其優(yōu)點與長處，但也存在一些不足。我國引進和實際應用該項技術的時間僅幾年，在該項技術的設計原理、設計方法和施工技術與工藝等方面尚有許多問題需要繼續(xù)深入研究，并通過大量的實際應用加以檢驗和論證，不斷積累經(jīng)驗。本加固技術操作簡單、施工方便、速度快。對于繁忙的交通線、抗災、救災以及戰(zhàn)備等時間緊急的情況，本方法是一種有效的選擇方案。加固施工中要減少混凝土初始裂縫的產(chǎn)生，避免因FRP板剝離而破壞。Anthony J.Lamanna等推薦單個鉚釘承載力未預先鉆孔時為2224N、預先鉆孔時為4448N，由于國內(nèi)FRP材料性能的差異，單個鉚釘承載力還需要作進一步的試驗研究。本課題組在開展本項研究和實際應用過程中，歸納了以下幾點經(jīng)驗，供同行們在實際應用碳纖維布加固法加固改造舊橋時參考。
１、碳纖維布具有高強、輕質、耐腐蝕、耐疲勞、施工便捷等優(yōu)異物理力學性能，是加固補強混凝土結構的理想材料。
２、采用碳纖維布粘貼到混凝土結構表面，可對其進行受彎、受剪、剛度和抗震等加固，同時也可以提高混凝土結構的耐久性。
３、相對傳統(tǒng)加固方法而言，采用碳纖維布加固能最小程度的改變原有結構的應力分布，保證在設計荷載范圍內(nèi)與原結構共同受力。
４、粘貼碳纖維布加固補強后的結構計算時仍然適用平截面假設，大量實驗業(yè)已證明平截面假設在粘貼碳纖維布結構中依然成立。目前關于碳纖維布加固混凝土結構的計算方法主要是將碳纖維布按照一定的標準（例如強度或允許應力）近似換算成一定用量的鋼筋，按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土受力分析模型進行理論分析，雖然是近似方法，但理論分析結果與實驗數(shù)據(jù)吻合得較好。這種方法在一般情況下是適用的。
５、由于碳纖維材料一般為脆性拉斷破壞，在受彎加固時應采用允許應力方法作為碳纖維布加固混凝土結構的設計方法，同時應考慮碳纖維布與混凝土之間的粘接失效可能引起的剝離脆性破壞的影響。
６、與鋼筋混凝土結構相似，影響碳纖維布加固混凝土結構承載力的因素有很多，包括：碳纖維材料本身的強度、彈性模量；混凝土的強度；碳纖維布與混凝土的粘結情況等等。
７、加固設計時，必須對所要加固結構的各種參數(shù)有詳細的了解，因為各種參數(shù)對梁的極限承載力和破壞特征均有很大的影響。
８、粘貼碳纖維布后結構的抗彎強度確定是該加固補強方法最基本的要求，據(jù)試驗研究統(tǒng)計：粘貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5%～8%。
９、抗疲勞是衡量結構承載力的一個重要指標，實驗研究結果表明，與普通鋼筋混凝土相比，碳纖維布加固混凝土結構的抗疲勞性能將會提高。這主要是由于碳纖維材料本身抗疲性能優(yōu)異。
10、試驗表明，用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁，對梁的剛度提高不大，故對實際工程中的構件進行加固設計時，除保證加固后梁的極限承載力滿足規(guī)范外，對其剛度也要進行驗算，以保證其剛度也滿足規(guī)范。
11、由于用碳纖維布加固混凝土梁抗彎承載力時梁中剪力作用也在變化，抗彎與抗剪加固二者之間確實存在著相關關系，實際工程加固設計中必須考慮這種關系。因為普通混凝土梁的設計一般都是“強剪弱彎”，用碳纖維布進行抗彎加固而不考慮抗剪的。

上一條鋼結構彩鋼板的維護
下一條防滲加固技術的幾種方法

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