淺談粘貼CFRP對橋梁結構承載能力剩余壽命的影響

周敏

摘 ?要：該文以G30線現有橋梁為工程實例，根據實地考察結果，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對其維修加固，預測其基于時效性的承載力耐久性壽命，經計算，張貼CFRP能有效提高橋梁壽命。

關鍵詞：混凝土橋梁 ?動態可靠度 ?極限狀態

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

當下，時代發展過快，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，在影響結構承載力時可使用碳纖維加固技術進行維修加固。該措施在當下混凝土結構加固中越演越烈。該技術主要將指定尺寸碳纖維片材進行張拉，再采取專用的粘結材料將其與需要加固的構件粘結形成整體，以此提高結構整體承載力和耐久性的目的。該文就粘貼CFRP對混凝土橋梁結構承載能力剩余壽命的影響進行探究。

1 ?工程概況

現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預制拼裝式空心板作為上部承載結構，下部為U型橋臺，基礎采用擴大基礎。

橋梁結構承載力極限狀態耐久性壽命預測理論如下。

規范指出混凝土結構構件的耐久性極限狀態可分為以下3種：（1）鋼筋開始發生銹蝕的極限狀態;（2）鋼筋發生適量銹蝕的極限狀態;（3）混凝土表面發生輕微損傷的極限狀態。

根據以上規范給出的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：當結構的相應數理模型可靠度下降至指定的壽命準則下限時，即可認為結構達到該種極限狀態，標志著耐久性在該準則下失效。

1.1 承載力壽命標準

該文取橋梁結構抗力效應低于荷載相應時為承載力壽命終止標準。按統計學理論，結構動態可靠度可以表示為式（1）。應對結構抗力效應和荷載效應進行時效性分析，再進一步推算得到橋梁的動態可靠度。

2.2.2 橋梁結構承載力壽命

按規范取目標可靠指標β*=4.2，分析所得酒泉中橋005各構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

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。考慮到盡量不破壞原有結構導致二次損傷，以及經濟、易操作，該文采取外貼CFRP進行加固分析。

基本假定：（1）結構粘貼CFRP后變形規律依然符合平截面假定。經實驗表明，受力鋼筋發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;（3）采用的粘結材料可靠，CFRP與原結構間協同作用較好，受力時不發生滑移;（4）計算分析中不計入混凝土的抗拉強度;（5）考慮到CFRP較薄，與結構相比忽略不計，因此在分析中不計其厚度對力的影響。

3.2 加固后橋梁結構抗力平均值和標準差

前面分析到橋梁經營至第43年，1#梁耐久性便已失效，為保證結構的正常運營，應考慮耐久性失效前采取措施。結構耐久性降低而承載力滿足要求時可采取預防性養護提高耐久性，但在承載力降低時應采取加固措施。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構抗力效應如表2所示。

3.3 加固后可靠度

采用驗算點發的到該橋1#梁～5#梁的時變可靠指標如表3所示。

3.4 橋梁結構加固后承載力壽命

根據規范取目標可靠指標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構承載力壽命14年。

4 ?結語

在考慮環境、結構內鋼筋銹蝕和外部荷載變化等多種因素作用下，利用動態可靠度對橋梁結構承載力進行分析，結果表示CFRP可以有效減緩在役結構的抗力減弱趨勢，以此提高結構的可靠度。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

[1] 李楊海.公路橋梁結構可靠度與概率極限狀態設計[M].北京：人民交通出版社，1997.

[2] 牛荻濤.混凝土結構耐久性與壽命預測[M].北京：科學出版社，2003.