CFRP在某中桥应急加固中的应用与研究分析

曾大鹏 黄嘉伟

摘要：本文以某中桥为例，就我公司在最近的一座旧桥维修加固工程中的设计验算与施工，来探讨碳纤维布在维修加固桥梁中的应用。希望能够给类似工程项目提供一些借鉴和参考。

关键词：应急加固，CFRP，设计验算，施工要点

中图分类号：U457+.3文献标识码： A 文章编号：

随着交通运输事业的快速发展，我国已修建了大量的桥梁，但值得注意的是这些桥梁有许多已发生老化、损伤现象，许多桥梁的荷载等级低于汽车-20、挂车-100，但目前实际通行的车辆已远超出这些桥梁的荷载限制，致使公路桥梁负荷日益加重，致使桥梁不同程度存在隐患。本文以某危桥为例，就我公司在最近的一座旧桥维修加固工程中的设计验算与施工，来探讨碳纤维布在维修加固桥梁中的应用。希望能够给类似工程项目提供一些借鉴和参考。

1工程概况

某桥梁是X公路上跨越石津渠的一座中桥，中心桩K55+535，桥梁全长52m．由东、西两幅组成，跨径均为16m．全桥三孔，共一联。东幅建于1998年，上部结构为预制空心板．下部为柱式墩台．桩基础。经调查发现东幅桥的空心板有贯穿板底的横缝，平均间距为20cm．且在桥墩处，铺装出现横向裂缝。维修方案将东幅梁板破损部分用环氧砂浆进行修复，在预制空心板板底粘贴碳纤维加固．单层碳纤维质量为3009／m2，抗拉强度3000Mpa。

2桥梁病害情况调查分析

本桥经过两次检测，第一次为定期的健康检查，第二次为桥梁的荷载试验。根据第一次定期检测报告，白沙大桥病害主要集中在梁板、盖梁及墩柱。

1）桥台及基础：桥台共有4条竖向裂缝，累计长度4.2m，最大宽度值为0.12 mm，所有裂缝未超过规定值(0.3mm)。

2）桥墩及基础：盖梁共有156条竖向裂缝，累计长度为102.47m，最大值为0.34 mm，2条裂缝超过规定值(0.3mm)。超限裂缝在L-2-1盖梁和L-5-4盖梁上，超限裂缝累计2.4m；超宽裂缝位置见下图：

立柱有40条竖向裂缝，累计长度111.7m，所有裂缝未超过规定值(0.3mm)；本桥水中墩除3#、4#墩桩基外，其它作均已加固处理过。L-4-2#立柱桩基2处露筋，长约2.6米；掏空面积S=0.2平方米。

3）梁板：全桥预应力梁板210块，其中有裂缝的109块（左幅21块，右幅88块），共 2536条横向裂缝，累计长度3745.92m。左幅第三跨、第十二跨有铰缝勾缝渗水钙化，长约5m；右幅第一跨、第五跨铰缝有勾缝脱落，总长度约30m。

4）支座：全桥总共有103个支座老化开裂，23个支座局部脱空，有病害支座占支座总数的47.4%。

5）该桥伸缩缝均存在泥沙堵塞现象，部分伸缩缝止水带破损。桥面铺装、护栏、标志标线及排水设施完好；桥梁附属构造如桥台锥坡、桥头接线等情况完好。

3病害原因分析

上部结构病害分析：预应力空心板有横向裂缝，贯穿整板，考虑到桥面完好，勾缝大都无渗水现象。可能是由于空心板壁较薄，混凝土浇筑振捣施工时粗骨料就未能到达空心板底部，这样空心板底部只有抗弯能力较弱的水泥砂浆，荷载作用下易产生裂缝。另外该路段车流量较大，特别是超重超限车辆偏多，在某些荷载组合下使用荷载超过了结构的极限承载能力，从而导致裂缝等病害的产生。

下部结构病害分析：桥墩盖梁裂缝主要发生在立柱顶或跨中位置，上述部位盖梁截面正负弯矩最大，若盖梁截面尺寸偏小或钢筋配置不足，在车流量大及超载较严重的情况下，很容易产生竖向或斜向裂缝，而且钢筋混凝土结构在弯矩不大情况下也极易出现裂缝。

4桥梁加固设计验算

4.1设计要点

本次维修加固维持原桥设计荷载等级即汽车-20级，挂-100，维修加固设计原则：贯彻“安全适用、技术可靠、经久耐用、经济合理、保护环境”的设计理念，结合我省经济、技术条件，吸取国内外先进经验，积极而稳妥的采用新技术、新材料、新设备、新工艺，使设计的工程项目取得经济、社会和环境的综合效益。

4.2平面模型

平面模型：单元号为1～104。计算模型如下图所示：

4.3结果分析

以下图形中力的单位为KN.m。持久状况正常使用极限状态抗裂性计算：正应力（短期效应）：

短期效应截面最小正应力图

短期效应作用下板梁截面上缘缘最大拉应力为0.5Mpa。构件满足规范要求。

正应力（长期效应）：

长期效应截面最小正应力图

长期效应作用下箱梁截面下缘处于纯压状态，满足规范（JTG D62－20046.3.1）规定的要求（处于纯压状态）。主应力（短期效应）如下图所示：

短期效应板梁主拉应力图

使用阶段最大主拉应力数值为0.832Mpa。规范规定:最大允许主拉应力为0.7 ftk=0.7x2.65=1.86MPa，主拉应力满足规范要求。

5碳纤维布桥梁加固施工要点分析

5.1粘贴碳纤维布加固流程

施工准备（裂缝的检查及标注）→构件表面处理→贴片前基层处理→涂底层涂料→用环氧树脂对构件表面残缺修补→贴碳纤维片→养护→涂装

5.2施工要点分析

1）材料要求：碳纤维布，单层厚度为0.250mm，幅宽为30cm，采用与布匹配的粘结材料。

2）底层处理。应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣质混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。采用打磨机配适当的打磨片对被粘贴的混凝土表面进行打磨，除去表面浮浆、油污等残留物，直至完全露出混凝土结构新面(未碳化层)。转角粘贴处理应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20ram。混凝土表面应清理干净并保持干燥。

3）涂底层树脂。应按产品生产厂家提供的配方配制一定量的底层结构胶。应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土结构新面(未碳化层)。宜在底层结构胶表面指触干燥后，尽快进行下一道工序的施工。

4）找平施工面。应按产品生产厂家提供的配方配制找平材料。应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，不应有棱角。转角处应采用找平材料修理成为光滑的圆弧的导角，半径不应小于20mm。宜在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一道工序的施工。

5）粘贴碳纤维片材。应按设计要求的尺寸剪裁碳纤维布；应按产品生产厂家提供的配方配制一定量的浸渍胶，并及时均匀涂抹于粘贴部位；将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍胶充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布；多层粘贴时应重复上述步骤，并宜在纤维表面的浸渍胶指触干燥后尽快进行下一层粘贴；应在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍胶。

6）验收。碳纤维布与混凝土之间的粘结质量，可用橡皮锤轻轻敲击或手指压碳纤维片材表面的方法，检查总有效粘结面积不应低于95％，当碳纤维布粘贴的空鼓面积不大于100cm2，可采用针管注胶的方法进行修补，当空鼓面积大于100cm2时，须将空鼓部位的碳纤维布切除，重新搭接等量的碳纤维布，搭接长度不应小于100mm

6展望及建议

粘贴碳纤维布可有效抑制已有裂缝在荷载作用下的再扩展．试验桥在无车辆荷载时，不可恢复的裂缝宽度为1.0mm，在相同的试验荷载作用下，加固前最大裂缝宽度增量为0.4mm，加固后，裂缝宽度几乎没有变化，由此可见，碳纤维布对已有裂缝的抑制效果是相当明显的；粘贴碳纤维布引起了荷载横向分布规律的变化，提高了上部结构整体受力的能力。

参考文献

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[2]魏利强,WEI Li-qiang.浅析桥梁加固粘贴钢板施工的质量控制[J],山西建筑2010,36(20)

[3]许长青,李亚东.球溪河桥主拱桥病害分析与加固技术探讨[J], 公路交通技术2009（3）：34-36

作者简介：曾大鹏，本科，1986.01.17，助理工程师，研究方向：施工与工程管理；

黄嘉伟，本科 ，1986.05.02，助理工程师，研究方向：施工与安全管理。

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