淺談?wù)迟N碳纖維片舊橋加固方法

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、引言

改革開放以后，我國的公路橋梁建設(shè)事業(yè)得到了迅速發(fā)展，截止到2014年底，我國公路橋梁達(dá)75.72萬座，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，如今對交通運(yùn)輸數(shù)量有了迫切的需求，橋梁承受的荷載量也迅速增加，已經(jīng)有很多之前修建的橋梁不能滿足現(xiàn)如今的要求[1]。

二、橋梁加固原則

(一)經(jīng)濟(jì)合理，避免對原有結(jié)構(gòu)損傷。對橋梁評估分析時(shí)，需要建立經(jīng)濟(jì)分析模型，通過分析比較，如果橋梁可通過加固、維修可以保證加固后的橋梁能安全運(yùn)營，且經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)不大時(shí)，才可對橋梁進(jìn)行加固方案的提出。對于大橋、特大橋，當(dāng)我們遇到承重構(gòu)件強(qiáng)度不夠，需要對其進(jìn)行補(bǔ)充強(qiáng)度時(shí)，提出的設(shè)計(jì)方案要不少于兩個(gè)，方案選擇時(shí)，需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)合理、對原有結(jié)構(gòu)損傷小的原則，選擇出合適的加固方案。加固設(shè)計(jì)及施工應(yīng)在兼顧經(jīng)濟(jì)性的前提下，盡量不更改原有的結(jié)構(gòu)形式，保留有價(jià)值的構(gòu)件，避免不必要的更換和拆除。

(二)安全性原則。對橋梁加固的目的就是為了能夠滿足橋梁的正常使用功能，確保車輛或行人的安全，當(dāng)選擇加固方案時(shí)應(yīng)該擇優(yōu)選擇安全性更好的加固方案。

(三)整體性原則。進(jìn)行橋梁加固時(shí)，應(yīng)該要特別注意新加部分與原有部分的結(jié)合部位，要采取相應(yīng)措施，使這兩部分密實(shí)，并且牢固的結(jié)合在一起，使兩者成為一個(gè)整體，共同承受外來荷載。選用材料種類和性能時(shí)，也要遵循整體性原則，應(yīng)盡量與原結(jié)構(gòu)的材料一致，保持結(jié)構(gòu)良好的整體效果。

(四)美觀性原則。在對加固方案進(jìn)行評估時(shí)，應(yīng)根據(jù)橋梁的所處位置以及需求選擇合適的加固方案。如對橋梁外觀損傷較大的加裝鋼筋方法，像這種對外觀損傷大的加固方法不適用與城市橋梁的加固，當(dāng)我們在進(jìn)行方案評選時(shí)要注意這樣的情況。

(五)承載力驗(yàn)算合格原則。當(dāng)需要對某一座橋梁加固時(shí)，我們要結(jié)合加固橋梁的現(xiàn)場實(shí)際情況，利用現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)等方法獲得承受荷載的取值，然后根據(jù)選取的加固方法對加固橋梁進(jìn)行承載力驗(yàn)算，當(dāng)驗(yàn)算合格時(shí)加固方案才可以應(yīng)用于實(shí)際橋梁的加固中。

三、粘貼碳纖維片加固法

(一)技術(shù)特點(diǎn)。粘貼碳纖維片加固法有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)施工簡便。施工時(shí)不需要大型設(shè)備，而且基本上不會影響路面交通。(2)具有極佳的耐腐蝕性。可以長時(shí)間抗拒各種酸、堿、鹽的腐蝕而使加固的結(jié)構(gòu)物不致?lián)p壞。(3)纖維片具有輕、薄的特點(diǎn)，加固后增加的橋梁恒載和厚度可以忽略不計(jì)。(4)適用面廣。(5)能有效制約裂紋擴(kuò)展。纖維片粘貼在加固構(gòu)件的表面，對裂紋擴(kuò)展具有有效制約作用[2]。(6)對加固構(gòu)件的作用時(shí)間長。

(二)適用范圍

粘貼碳纖維片加固法并不是一種主動性的加固方法而是一種被動性的加固方法，該方法適用于混凝土梁、板橋的抗彎加固，可提高加固后橋梁的抗彎承載力；該方法對于出現(xiàn)配筋率較低或是鋼筋銹蝕嚴(yán)重的橋梁，效果相比于其它的加固方法更為明顯。

(三)施工過程。施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→裂縫修補(bǔ)→涂刷底膠→配制浸漬膠→粘貼碳纖維片→表面防護(hù)[3]

(四)工序質(zhì)量控制與加固工程質(zhì)量檢驗(yàn)方法。當(dāng)技術(shù)員進(jìn)行工序質(zhì)量控制時(shí)，要以目視檢查和錘擊檢查為主，仔細(xì)觀察是否嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行施工，要重點(diǎn)檢查有缺陷修補(bǔ)的部位和構(gòu)件表面處理的部位。

材料在運(yùn)輸、儲藏中不得受到擠壓，以防止粘貼碳纖維片受損，更不可以直接日曬和雨淋，粘貼材料應(yīng)在陰涼密閉的環(huán)境中儲存。

各工序的施工質(zhì)量，應(yīng)由工長負(fù)責(zé)指導(dǎo)、監(jiān)督。每一工序完成后，操作小組及時(shí)自檢，確認(rèn)合格后，提請技術(shù)員檢查認(rèn)可方能進(jìn)行下道工序，否則必須返工至合格為止。

貼片前、后，還要請業(yè)主代表或是監(jiān)理人員檢查，作貼片數(shù)量與質(zhì)量的簽認(rèn)。

各工序施工質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工[4]。

(五)注意事項(xiàng)。(1)對于遇到受壓不足的構(gòu)件時(shí)，在眾多的加固方法中，要優(yōu)先采用粘貼碳纖維片加固法中的環(huán)向圍束法。(2)采用該方法對受拉不足的構(gòu)件加固，當(dāng)需要計(jì)算軸心受拉構(gòu)件的承載力時(shí)，可以不考慮混凝土的抗拉作用，僅需要考慮鋼筋及粘貼纖維的抗拉作用即可。同時(shí)為了充分的利用碳纖維的力學(xué)性能，纖維方向要沿著構(gòu)件的受拉方向布置。(3)對矩形截面柱加固時(shí)，要注意在纏繞碳纖維材料之前，矩形截面的棱角需要圓化打磨，圓化打磨的目的是為了防止棱角處出現(xiàn)應(yīng)力集中地現(xiàn)象，進(jìn)而防止因應(yīng)力集中而導(dǎo)致整個(gè)截面柱的破壞。對矩形截面的邊長有一定的適用范圍，如果邊長差異過大，那么就不能采用粘貼碳纖維片加固法對矩形截面柱進(jìn)行加固。

四、討論

當(dāng)在搜索資料和文獻(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用粘貼碳纖維片加固方法橋梁時(shí)，經(jīng)常會采用環(huán)向圍束法加固橋梁而不是僅僅在梁底采用，我們知道碳纖維具有很強(qiáng)的抗拉性能，作用于梁底再合適不過，可以很好的抵消掉梁底的拉力，可是對于梁頂以及梁側(cè)而言，需要的不是抗拉性能而是抗壓和抗剪性能，而僅從上述介紹我們并不知道碳纖維是否具有較好的抗壓和抗剪的力學(xué)性能，倘若碳纖維沒有較好的抗壓和抗剪的力學(xué)性能，那么作用在梁側(cè)以及梁頂?shù)牟牧县M不是在浪費(fèi)，針對這個(gè)問題，我們需要進(jìn)行更加深入的探討。

通過查找相關(guān)論文發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料生成的結(jié)構(gòu)具有較高抗壓強(qiáng)度，當(dāng)結(jié)構(gòu)一端發(fā)生失效破壞后仍能承受較大荷載。對于抗剪性能而言，粘貼碳纖維片抗剪增強(qiáng)與箍筋抗剪的效果類似，當(dāng)梁破壞時(shí)碳纖維片會起鼓、脫粘或出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象且伴有響聲，說明加固結(jié)構(gòu)破壞前會有征兆，改善了加固結(jié)構(gòu)受剪破壞的突然性。綜合上述兩點(diǎn)可知，用碳纖維片加固后的結(jié)構(gòu)具有較好的抗壓和抗剪的力學(xué)性能，用四周環(huán)繞碳纖維片加固橋梁的方法并不會浪費(fèi)材料[5]。

五、結(jié)論

隨著公路橋梁的發(fā)展，舊橋加固的需求會越來越大，當(dāng)面對眾多的加固方法時(shí)，要根據(jù)加固原則評選出最合適的一種加固方法。粘貼碳纖維片加固方法作為一種新興工藝，將會逐漸取代傳統(tǒng)的粘鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)工藝，因其經(jīng)濟(jì)成本低、加固效果明顯，可大大提高橋梁的使用壽命，而受到廣泛的青睞和關(guān)注。