橋梁加固中的碳纖維加固技術探討

王飛

摘 要：針對我國現時正在服役且有效發揮著交通功能的各類公路及水利橋梁工程，實施全面、完整的橋體結構加固及檢修維護過程是交通領域各級行業主管機構所要完成的迫切任務。而現時所廣泛采用的諸多橋梁加固工藝都普遍存在著一些有損于橋體構架強度的共同缺陷。新型的碳纖維固化加強工藝有效地彌補了這一致命性缺陷，而且施工便捷，可大幅度提升橋體構架的抗形變性能。下面就這項技術的實施過程及應用效果結合工程實例進行闡述。

關鍵詞：碳纖維材料；橋體加固；抗彎性；施工工藝

我國實行開放性的市場經濟政策已經經歷了幾十個年頭，伴著國民經濟規模的迅速擴大，交通運輸業贏得了前所未有的發展機遇，同時在我國的公路橋梁工程戰線上也取得了一個又一個的建設碩果，使整體交通網絡的運輸承載能力及服務效果取得了明顯的增強和提升。

1 橋體加固工藝類型

我們國家在上世紀六七十年代所設計建造的橋梁，其設計的載重指標絕大多數存在偏低情況，在現時階段這些橋梁還依然處在服役狀態，在通行規模及單車荷載持續增加的現今時期，特別是在推廣掛拖型、集裝箱型運輸模式之后，當今的絕大多數橋梁已充分暴露出不能滿足現時公路運輸對橋梁質量及性能的更高水平要求，故強化對目前服役橋梁受損狀況的勘查與評估，利用適當的固化、檢修技術工藝進行加固處理，對我國現時公路交通運輸事業的健康發展具有很大的促進作用。

目前針對橋梁結構的固化處理工藝包括：擴展水泥橋梁斷面面積；鐵板輔助固化工藝；橋梁結構外增設預應力工藝；革新橋梁構架系統固化工藝等，文章重點介紹碳纖維固化工藝。

1.1 擴展橋梁斷面加固工藝

此工藝基本是依托擴展承力斷面積，增加橋梁的載荷水平，加大橋梁加固應用的覆蓋范圍。擴展水泥橫截斷面面積可運用兩種措施：其中一種是增加橋面面板厚度，也就是深化橋面補強層尺寸，進而實現增加橋體主梁承力厚層及承壓斷面剛度，并強化橋梁總體的完整性；其二是增加橋體主梁及梁筋等載荷構架的外觀立體尺寸，加大主梁的厚度尺寸及抑制彎曲變形能力。

因為在橋梁建設施工過程中新澆筑的水泥屬于后續的二次受力結構，故其銜接部位受力結構繁雜。另外，由于其實施固化工藝需用較長時間施工過程，因而嚴重干擾了橋面上車輛的運行，而且在橫梁底部及其側面實施澆筑作業難度很大。此橋梁加固工藝重點應用于橋體規模不大、施工空間限制不大的橫梁橋及拱型橋。

1.2 橋體外部施予預應力

此橋體結構加固工藝是把橋面梁體當做固定錨的基體，依托拉伸承力區間內受力鋼筋所賦予出的預應力以抗衡一定份額的自重力作用，進而起到減小負載的功能，同時可大力地提升橋體構架的載荷功能。它的獨到之處是不加大橋梁自身重量、可增大橋體構架的抗形變能力及抑制裂縫產生的功能，而且在對橋體實施加固處理過程中能夠實現不影響橋面車輛自由通行的目標。然而賦予橋體外部預應力可對原橋體構架產生相當程度的破壞作用，況且在實施張拉作業時容易出現已拉緊鋼筋又發生松弛的現象，從而導致加固過程失效。此橋梁加固工藝可廣泛應用于需要對原橋體構架實施大跨度載荷功能提升過程的橋梁類型。

1.3 碳纖維加固工藝

此橋梁加固工藝技術類似于利用化學粘貼制劑把鐵板緊密粘貼在水泥部件的承力側緣，讓其與橋體部件一同承擔支撐、抗壓功能，進而增強橋體結構的抗形變能力及承力功能的處理過程。

利用兩組化學樹脂粘結制劑把鐵板與其它附屬鐵部件緊密粘貼在水泥體表面，讓水泥、化學粘結劑和鐵板一起承擔應力負荷，進而增強橋體構架的抗形變性能及載荷功能。使鋼板在一定程度上頂替鋼筋的承力功能，由此提高橋體構架的支撐能力。歷史上此橋梁結構加固工藝的使用起源于上世紀六十年代后期。伴著此工藝在工程實踐中運用范圍的不斷拓展，其應用功能短板亦隨之顯露出來，其重點是：加固用粘貼鋼板的使用使橋體本身重量有了較大幅度的增加，且所使用的鐵板很容易因長時間暴露在潮濕空氣中而發生深度銹跡侵蝕，同時其加固作用起始階段并無突出顯現。

碳纖維又稱增強復合材料是一種纖維復合材料。目前在工程中應用的碳纖維是由多股連續纖維與基材膠合后經過“擠壓”和“拉拔”成型后制成的連續纖維。碳纖維材料可以粘貼在混凝土梁的頂板、底版上，用于提高梁的剛度；也可以粘貼在混凝土梁的腹板上，用于提高梁的抗剪強度。碳纖維材料不僅能夠用于橋梁上部結構的加固，也可用于橋梁下部結構——墩臺的加固，即在橋墩外面纏繞纖維，使橋墩的強度及受力狀態得到明顯改善，從而提高橋墩的承載能力。另外，也可把CFRP絞線作為預應力筋應用在預應力混凝土結構的橋梁中。

通常情況下，依托在簡支梁下部補充設置支撐架及橋墩數目，將各個簡直橫梁之間進行連續化處理從而使它們形成連續橋梁模式；在橋面下補填鋼體加筋梁或將絞連接形式變為固定連接形式等。此種加固工藝應用非常成功，然而在實施加固作業前需展開周密細致的計算分析。

2 碳纖維加固舊橋的施工過程

施工前應對橋梁或其構件的特點進行充分的調查、研究，并對使用的材料、配套樹脂、機具做好準備工作。同時按照設計圖紙進行施工放樣以確定碳纖維布的粘貼位置。

對粘貼的混凝土表面進行打磨處理和修復，并使其充分干燥。如果在潮濕環境，應該對表面進行干燥處理。

3 結語

基于目前橋梁中存在的老化、破損、裂縫等問題，在廣泛應用碳纖維材料加固橋梁技術基礎上，要不斷創新，采用新技術、新工藝使加固過程更加快捷、經濟、安全。

參考文獻

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