危桥改造中碳纤维加固技术的运用探究

方华　许中华

【摘要】由于自然环境、疲劳破坏以及使用功能改变等原因，钢筋混凝土桥梁都会有不同程度的损坏，因此现阶段许许多多的桥梁面临着危桥改造这一问题。以下文章结合自身经验，谈谈现阶段碳纤维加固技术在危桥改造中的运用，同时介绍一下碳纤维加固技术的相关问题。

【关键词】危桥改造；碳纤维加固技术；运用

1引言

碳纤维加固技术是一种新兴的、施工简单并且快速有效的混凝土加固技术，实践证明该技术有良好的应用和发展前景，并且通过该技术的应用，可以显著改善危桥的受力性能并且该技术可以取得了良好的技术效果和经济效益。 随着公路建设速度的加快，尤其是进入二十一世纪在扩大内需发展经济的大背景下，国家要求大力发展基础的建设。因此，公路工程的建设作为基础设施建设中的重要组成部分，获得了较快的发展。然而，也应该看到随着交通运输业的发展，运输车辆载重显著增加，各种超限车辆数量急剧增多。对于上世纪六七十年代修建的一些桥梁来说，已经不能适应运输的需求，在车辆反复的碾压下桥梁已经变得非常危险，造成了不同程度的桥梁病害，大大缩短了桥梁的使用寿命。然而，拆除一座桥梁再进行重建工作，不仅增加了经济负担，同时阻碍了交通运输的发展。因此，现阶段研究危桥改造中碳纤维加固技术的运用十分必要。

2碳纤维加固技术的概述

2.1碳纤维加固技术的优点

相比于传统的危桥加固方法，碳纤维布加固技术存在着明显的优势。一方面，碳纖维材料具有极强的抗拉强度。实验表明，碳纤维材料的抗拉强度是普通钢材的八倍，并且弹性模量与钢材的弹性模量接近。另一方面，在耐疲劳上，碳纤维材料具有比钢材更好的耐疲劳性。此外，碳纤维材料拥有较好的抗化学腐蚀的能力以及良好的耐久性能。除此之外，在施工过程中碳纤维材料的施工不加大截面，并且不增加荷载，这点特性在危桥改造中有着重要的意义。在具体的施工过程中，碳纤维材料外形美观，并且施工简单，施工效率高，施工过程不需要大型的机械进行铺设，并且施工占用场地少。最后，碳纤维材料的重量比较轻，并且还具有较强的形变性能，因此可以在各种形状的结构物上进行施工与修补工作，适用范围较大。

2.2碳纤维材料对桥梁裂缝的抑制原理

使用时间较长的桥梁，一般情况下预裂梁都会出现一定数量的裂缝，并且裂缝大多存在一定的残余宽度。在进行该材料的粘贴加固施工后，在缓慢增大荷载的过程中，桥梁中原裂缝肯定要发生裂纹扩展效应，这就会导致开裂点处碳纤维布发生应力集中的问题，结果就会导致这附近的碳纤维布的应变远高于未开裂点的应力分布。由于碳纤维布参与受力的程度较高，因此会对裂缝的进一步扩展延伸起到不错的抑制效应。实验表明，在荷载作用相同的情况下，粱截面的刚度一定会比相应未加固预裂梁的值大。相对于完整梁而言，因为桥梁的裂缝是从无到有缓慢的进行扩展的过程，因此危桥中裂缝在生长初期就会受到这一材料的抑制作用，裂缝一定会分布较多而并且分布较密。开裂处因裂缝的宽度比较小，因此加载水平相同的情况下，碳纤维布应力集中程度要小很多。因此，这时碳纤维布对裂缝的抑制没有表现出较好的效果，同时钢筋混凝土梁的刚度没有较大程度的提高。这一材料对刚度的改善作用表现在加载的后期。在这一时期裂缝宽度以及深度有较大程度的发展，碳纤维布这时就能有效地参加受力。在一定的荷载作用下，这是的持载加固梁的梁底裂缝基本稳定在某一特定的宽度值，在进行碳纤维材料的粘贴时，碳纤维布跨搭在裂缝上一直到粘贴胶固化。此过程中，裂缝的宽度以及其并没有较大的变化。为证明持载对裂缝宽度的影响，实验时在粘贴树脂固化之后将荷载卸掉，不难发现跨搭在裂缝宽度范围上的碳纤维布由于裂缝产生闭合而起了褶皱。所以可以看出从零开始加载时，碳纤维布并没有立刻进入到受力状态，最后到接近原持载加固时，伴随着裂缝区碳纤维布皱褶的慢慢开展，粘贴的碳纤维布才对受拉区产生力的作用，这种作用我们可以明显的进行观察。碳纤维布对裂缝的抑制作用，能够很好地说明碳纤维布对实际桥梁的加固原理，这也证明在危桥加固工程中，这种材料能够起到较好的作用。

2.3危桥改造中碳纤维加固技术的应用实例

位于安徽S310省道的大店岗桥，在1972年建成并通车。大店岗桥是一座典型的空腹式双曲拱桥，桥的主拱两侧都有四个腹拱。桥梁总长为248m，桥面宽度为8.5m，车行道为7.0m，剩余的人行道有0.75m。在危桥改造工作中，经过检查发现，桥梁的五根拱肋上都有不同程度的纵向裂缝，并且裂缝大多分布在拱脚以及断面附近，其中裂缝宽度最大的接近0.5mm。其中孔拱波的裂缝不多，然而风化剥落较严重，主要表现在预制拱波的粗骨料大多暴露在空气中，并且边拱肋的风化作用较为明显。另外，该桥梁存在大量的露筋区域，产生露筋的原因是重载车辆以及水流的侵蚀作用。在拱肋和横系梁的多个连接处，存在较多的裂缝，同时较多裂缝很宽并且长度较大，有的地方还存在着露筋以及混凝土剥落的问题。

造成以上问题的原因主要有以下几方面：第一，拱肋处结构厚度超过一米，然而波顶处不超过三十厘米，这种设计存在着严重的问题，极其容易产生纵向收缩裂缝，同时也不利于横向挠度以及内力的传递，这就为重车偏载中波纵向裂缝的产生创造了条件。同时，桥梁的肋与波、板的结合面太小，联结构造设计薄弱，因为拱脚段的剪力以及拱顶段的径向拉力的相互作用，就会导致拱肋与拱波以及横系梁结合处出现许多裂缝。另外横向联系薄弱，截面处较细的横系梁虽然较多且较为密集，但是相对于拱肋、拱波及拱板来说，只相当于柔性构件，对拱圈的横向整体性作用很小。 伴随着交通量的迅速增加，尤其是重型车辆的不断增多，桥梁的病害更加严重。

通过对桥梁病害的分析，提出了相应的加固方案。鉴于桥梁许多部位均有较多的裂缝并且有些位置裂缝深度较深、缝宽较宽较大，工程上为了抑制裂缝的继续发展，同时为了提高构件的强度以及刚度，粘贴高强度碳纤维布进行加固是较为理想的加固方法。在进行粘贴碳纤维布施工时，一定要按照相关步骤进行。 首先，要在拱肋底部正弯矩区粘贴两层宽为20cm、长为llm的碳纤维片。碳纤维型号是TXW-C-30高强度碳纤维，并且要在碳纤维的两端进行U型全包锚固，进行锚固的宽度应该为20cm。其次，由于拱肋受剪力过大，导致拱脚、肋以及横系梁连接处存在较多裂缝，因此需要抗剪加固，施工方法是从靠近支点处进行加固，加固时要使用 20cm宽的纤维片对拱肋进行垂直外包，加固材料的型号是TXW-C-30高强度碳纤维。另外，还要对两端拱脚处进行等间距贴牢，碳纤维间距应该为10cm，同时在两端各贴十道。随后，在桥面铺装更新上，考虑到原桥面铺装层由于碾压发生了较为严重的破坏，导致桥的横向整体性较差等问题，所以施工时通过增设钢筋网的方法对桥面进行加固。清理掉原桥面的铺装，并且加固完之后再进行绑扎钢筋网浇筑桥面混凝土。

3结束语

随着交通事业的快速发展，危桥数量也会随之增加，不断研究碳纤维技术对危桥改造来说有着极其重要的意义。

【参考文献】

[1]韩攀峰，王海伦.刍议碳纤维加固技术在危桥改造中的应用[J].城市建设理论研究，2013（1）：1-3.

[2]梅百雨.碳纤维增强复合材料在旧桥加固中运用[J].城市建设理论研究，2015（3）：3-4.

[3]陈武刚.浅析危桥加固改造技术应用[J].低碳世界，2015（2）：5-7.