淺談粘貼碳纖維片舊橋加固方法

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

一、引言

改革開放以后，我國的公路橋梁建設事業得到了迅速發展，截止到2014年底，我國公路橋梁達75.72萬座，隨著我國社會經濟的發展，如今對交通運輸數量有了迫切的需求，橋梁承受的荷載量也迅速增加，已經有很多之前修建的橋梁不能滿足現如今的要求[1]。

二、橋梁加固原則

(一)經濟合理，避免對原有結構損傷。對橋梁評估分析時，需要建立經濟分析模型，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營，且經濟耗費不大時，才可對橋梁進行加固方案的提出。對于大橋、特大橋，當我們遇到承重構件強度不夠，需要對其進行補充強度時，提出的設計方案要不少于兩個，方案選擇時，需要根據經濟耗費合理、對原有結構損傷小的原則，選擇出合適的加固方案。加固設計及施工應在兼顧經濟性的前提下，盡量不更改原有的結構形式，保留有價值的構件，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，當選擇加固方案時應該擇優選擇安全性更好的加固方案。

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

(四)美觀性原則。在對加固方案進行評估時，應根據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，當我們在進行方案評選時要注意這樣的情況。

(五)承載力驗算合格原則。當需要對某一座橋梁加固時，我們要結合加固橋梁的現場實際情況，利用現場實驗等方法獲得承受荷載的取值，然后根據選取的加固方法對加固橋梁進行承載力驗算，當驗算合格時加固方案才可以應用于實際橋梁的加固中。

三、粘貼碳纖維片加固法

(一)技術特點。粘貼碳纖維片加固法有以下優點：(1)施工簡便。施工時不需要大型設備，而且基本上不會影響路面交通。(2)具有極佳的耐腐蝕性?？梢蚤L時間抗拒各種酸、堿、鹽的腐蝕而使加固的結構物不致損壞。(3)纖維片具有輕、薄的特點，加固后增加的橋梁恒載和厚度可以忽略不計。(4)適用面廣。(5)能有效制約裂紋擴展。纖維片粘貼在加固構件的表面，對裂紋擴展具有有效制約作用[2]。(6)對加固構件的作用時間長。

(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；該方法對于出現配筋率較低或是鋼筋銹蝕嚴重的橋梁，效果相比于其它的加固方法更為明顯。

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

(四)工序質量控制與加固工程質量檢驗方法。當技術員進行工序質量控制時，要以目視檢查和錘擊檢查為主，仔細觀察是否嚴格按照施工步驟進行施工，要重點檢查有缺陷修補的部位和構件表面處理的部位。

材料在運輸、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，粘貼材料應在陰涼密閉的環境中儲存。

各工序的施工質量，應由工長負責指導、監督。每一工序完成后，操作小組及時自檢，確認合格后，提請技術員檢查認可方能進行下道工序，否則必須返工至合格為止。

貼片前、后，還要請業主代表或是監理人員檢查，作貼片數量與質量的簽認。

各工序施工質量應嚴格按照相關規定進行施工[4]。

(五)注意事項。(1)對于遇到受壓不足的構件時，在眾多的加固方法中，要優先采用粘貼碳纖維片加固法中的環向圍束法。(2)采用該方法對受拉不足的構件加固，當需要計算軸心受拉構件的承載力時，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。同時為了充分的利用碳纖維的力學性能，纖維方向要沿著構件的受拉方向布置。(3)對矩形截面柱加固時，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應力集中地現象，進而防止因應力集中而導致整個截面柱的破壞。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行加固。

四、討論

當在搜索資料和文獻時發現，采用粘貼碳纖維片加固方法橋梁時，經常會采用環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性能，倘若碳纖維沒有較好的抗壓和抗剪的力學性能，那么作用在梁側以及梁頂的材料豈不是在浪費，針對這個問題，我們需要進行更加深入的探討。

通過查找相關論文發現碳纖維復合材料生成的結構具有較高抗壓強度，當結構一端發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與箍筋抗剪的效果類似，當梁破壞時碳纖維片會起鼓、脫粘或出現撕裂現象且伴有響聲，說明加固結構破壞前會有征兆，改善了加固結構受剪破壞的突然性。綜合上述兩點可知，用碳纖維片加固后的結構具有較好的抗壓和抗剪的力學性能，用四周環繞碳纖維片加固橋梁的方法并不會浪費材料[5]。

五、結論

隨著公路橋梁的發展，舊橋加固的需求會越來越大，當面對眾多的加固方法時，要根據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，將會逐漸取代傳統的粘鋼筋混凝土補強工藝，因其經濟成本低、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注。