淺談?wù)迟NCFRP對橋梁結(jié)構(gòu)承載能力剩余壽命的影響

周敏

摘 ?要：該文以G30線現(xiàn)有橋梁為工程實例，根據(jù)實地考察結(jié)果，于該橋接近基于時變可靠度的承載力耐久性壽命時，采取張貼碳纖維布技術(shù)對其維修加固，預(yù)測其基于時效性的承載力耐久性壽命，經(jīng)計算，張貼CFRP能有效提高橋梁壽命。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁 ?動態(tài)可靠度 ?極限狀態(tài)

中圖分類號：U443 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（b）-0055-02

當(dāng)下，時代發(fā)展過快，公路荷載等級集中荷載增大，部分鋼筋混凝土舊橋可靠度下降過快，在影響結(jié)構(gòu)承載力時可使用碳纖維加固技術(shù)進行維修加固。該措施在當(dāng)下混凝土結(jié)構(gòu)加固中越演越烈。該技術(shù)主要將指定尺寸碳纖維片材進行張拉，再采取專用的粘結(jié)材料將其與需要加固的構(gòu)件粘結(jié)形成整體，以此提高結(jié)構(gòu)整體承載力和耐久性的目的。該文就粘貼CFRP對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)承載能力剩余壽命的影響進行探究。

1 ?工程概況

現(xiàn)以在役混凝土橋梁酒泉中橋005為工程實例進行分析。該橋為2005年修建，采用標準1～20m預(yù)制拼裝式空心板作為上部承載結(jié)構(gòu)，下部為U型橋臺，基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)。

橋梁結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)耐久性壽命預(yù)測理論如下。

規(guī)范指出混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性極限狀態(tài)可分為以下3種：（1）鋼筋開始發(fā)生銹蝕的極限狀態(tài);（2）鋼筋發(fā)生適量銹蝕的極限狀態(tài);（3）混凝土表面發(fā)生輕微損傷的極限狀態(tài)。

根據(jù)以上規(guī)范給出的3種壽命準則，可以將基于時效的可靠度壽命準則理解如下：當(dāng)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)數(shù)理模型可靠度下降至指定的壽命準則下限時，即可認為結(jié)構(gòu)達到該種極限狀態(tài)，標志著耐久性在該準則下失效。

1.1 承載力壽命標準

該文取橋梁結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)低于荷載相應(yīng)時為承載力壽命終止標準。按統(tǒng)計學(xué)理論，結(jié)構(gòu)動態(tài)可靠度可以表示為式（1）。應(yīng)對結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)和荷載效應(yīng)進行時效性分析，再進一步推算得到橋梁的動態(tài)可靠度。

2.2.2 橋梁結(jié)構(gòu)承載力壽命

按規(guī)范取目標可靠指標β*=4.2，分析所得酒泉中橋005各構(gòu)件基于時變可靠度的承載力壽命取最小壽命為該橋承載力壽命，則TR=43年，因該橋以使用11年，則其剩余承載力壽命為TRS=32年。

3 ?碳纖維布加固橋梁

3.1 碳纖維布加固技術(shù)

我國橋梁承載力不足時常用的加固方法有增大截面大、粘貼鋼板法和外貼碳纖維布法?？紤]到盡量不破壞原有結(jié)構(gòu)導(dǎo)致二次損傷，以及經(jīng)濟、易操作，該文采取外貼CFRP進行加固分析。

基本假定：（1）結(jié)構(gòu)粘貼CFRP后變形規(guī)律依然符合平截面假定。經(jīng)實驗表明，受力鋼筋發(fā)生較大塑形變形前滿足該假定;（2）碳纖維片材、鋼筋處于線彈性狀態(tài);（3）采用的粘結(jié)材料可靠，CFRP與原結(jié)構(gòu)間協(xié)同作用較好，受力時不發(fā)生滑移;（4）計算分析中不計入混凝土的抗拉強度;（5）考慮到CFRP較薄，與結(jié)構(gòu)相比忽略不計，因此在分析中不計其厚度對力的影響。

3.2 加固后橋梁結(jié)構(gòu)抗力平均值和標準差

前面分析到橋梁經(jīng)營至第43年，1#梁耐久性便已失效，為保證結(jié)構(gòu)的正常運營，應(yīng)考慮耐久性失效前采取措施。結(jié)構(gòu)耐久性降低而承載力滿足要求時可采取預(yù)防性養(yǎng)護提高耐久性，但在承載力降低時應(yīng)采取加固措施。該文取第40年時采用外貼CFRP加固，采用d=0.8mm，寬b=124cm的碳纖維布粘貼全橋板梁底部1層，為保證施工工藝可分多塊進行粘貼，且應(yīng)保證每塊碳纖維布之間的搭接長度為10cm。

外貼碳纖維布后橋梁結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)如表2所示。

3.3 加固后可靠度

采用驗算點發(fā)的到該橋1#梁～5#梁的時變可靠指標如表3所示。

3.4 橋梁結(jié)構(gòu)加固后承載力壽命

根據(jù)規(guī)范取目標可靠指標β*=4.2，則該橋各梁加固后承載力壽命如表4所示，取最小壽命為該橋承載力壽命，則TR=57年，因該橋以使用11年，則其剩余承載力壽命為TRS=46年，也就是說粘貼碳纖維布提高了橋梁結(jié)構(gòu)承載力壽命14年。

4 ?結(jié)語

在考慮環(huán)境、結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋銹蝕和外部荷載變化等多種因素作用下，利用動態(tài)可靠度對橋梁結(jié)構(gòu)承載力進行分析，結(jié)果表示CFRP可以有效減緩在役結(jié)構(gòu)的抗力減弱趨勢，以此提高結(jié)構(gòu)的可靠度。但是該文在分析中并未考慮CFRP隨時間變化承載力的變化趨勢，實際情況有待探究。

參考文獻

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