碳纖維在橋梁結(jié)構(gòu)加固中的應用分析

1、<p>　　碳纖維在橋梁結(jié)構(gòu)加固中的應用分析</p><p>　　摘要：本文將主要分析碳纖維材料加固橋梁結(jié)構(gòu)的應用方法，并詳細分析通過一個實例分析粘貼碳纖維材料加固橋梁結(jié)構(gòu)的加固效果。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：碳纖維；橋梁結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)加固；應用 </p><p>　　Abstract: This paper mainly analyses the ap

2、plication method of bridges strengthened with carbon fiber material, and a detailed analysis of strengthening effect of bridge structure through an example analysis of bonding carbon fiber materials. </p><p>

3、;　　Keywords: carbon fiber; bridge structure; structure reinforcement; application </p><p>　　中圖分類號：U445.7+2文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013） </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　隨著

4、我國改革開放和國民經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，車流量不斷增加，面對隨之增加的重型車輛，老式城市橋梁的承載能力捉襟見肘，拆除重建費用高對地方財政負擔過大。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有的橋梁中有40%以上需要分期分批進行檢測評估和加固維修。我國不斷完善城市交通基礎(chǔ)建設(shè)，這為橋梁加固帶來了空前的發(fā)展機遇。 </p><p>　　由此可見，加大對橋梁結(jié)構(gòu)的維修加固的投入是公路交通行業(yè)發(fā)展到一定程度后的必然趨勢。我國也將再今后的公路交通建設(shè)當

5、中對橋梁的維修加固投入更多的資金。橋梁加固這一領(lǐng)域未來的發(fā)展道路會越來越寬廣。 </p><p>　　1 碳纖維的材料特性 </p><p>　　碳纖維材料是人造高新材料，它具有優(yōu)異的力學性能及穩(wěn)定性。這種材料適用于混凝土結(jié)構(gòu)的維修加固。碳纖維它是一種纖維狀的碳材料。它是在經(jīng)過幾千度的高溫下經(jīng)特殊工藝制造出來的高科技材料產(chǎn)品。碳纖維材料具有耐老化、強度高、輕量質(zhì)、抗腐蝕、物理性能極其穩(wěn)定等

6、優(yōu)點。它的拉伸強度可以達到鋼材的7-10倍，但是它的比重僅為鋼材的25%不到。 </p><p>　　碳纖維材料成品呈黑色細絲狀，它的絲狀直徑僅有7μm，但是極易折斷，不能單獨使用。只有把碳纖維浸漬樹脂后，采用特殊工藝將其制成纖維定向排列的復合材料后才能應用。一般成品片材又分為碳纖維布和碳纖維板。碳纖維布的隨意性優(yōu)于碳纖維板。 </p><p>　　碳纖維材料根據(jù)生產(chǎn)工藝方式和原材料的不同

7、，可以分為瀝青基碳纖維和聚丙烯腈基碳纖維。瀝青基碳纖維是把煤焦油或石油瀝青抽絲后經(jīng)高溫燒結(jié)而形成的纖維材料，屬于高彈性模量型材料。聚丙烯腈基碳纖維是把聚丙烯腈基纖維在惰性氣體中高溫加熱所獲得的纖維材料，屬高強度型材料。我們應根據(jù)工程實際選擇合適的碳纖維材料，以達到最好的施工效益。 </p><p>　　2 碳纖維材料加固的優(yōu)越性 </p><p>　　2.1 化學穩(wěn)定性 </p>

8、;<p>　　碳纖維材料的化學穩(wěn)定性能優(yōu)異。該材料具有很強的抗酸性、抗堿性、抗鹽性、抗紫外線和防水等功能。同時它也具有良好的適應溫度穩(wěn)定性。 </p><p>　　2.2 物理力學性能 </p><p>　　碳纖維材料的物理力學性能優(yōu)異。該材料的優(yōu)異的物理力學性能使它可以有效應用于結(jié)構(gòu)物的抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風、控制裂縫和撓度的補強工程，并且可以取得優(yōu)異的加固補

9、強效果。 </p><p>　　2.3 輕質(zhì)、高強 </p><p>　　碳纖維材料的質(zhì)量輕、強度高，用它加固的結(jié)構(gòu)體可通過裝飾后，不留加固痕跡，不影響結(jié)構(gòu)體外觀。 </p><p>　　2.4 施工工藝簡單 </p><p>　　粘貼碳纖維材料加固混凝土技術(shù)的施工工序非常簡單、便捷。當它在加固施工時不需要啟用大型工程器械，僅需要采用小型電動

10、工具操作。所以它在施工時工種少，用工少，工期短，進度快等優(yōu)點。 </p><p>　　3 碳纖維加固的施工方法 </p><p>　?、傩枰庸痰幕炷两Y(jié)構(gòu)基面要求：碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是依賴碳纖維布與結(jié)構(gòu)表面的粘貼有效率，所以要求基面的混凝土強度等級不得低于C15。同時要求被加固混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的保護層，并且基面要求平整。 </p><p>　?、谔祭w維布

11、的粘貼：碳纖維布加固混凝土構(gòu)件時，要求采用薄布多層的粘貼方法，從而確保與粘結(jié)材料充分浸潤。 </p><p>　　對于受彎構(gòu)件，最好在受拉區(qū)沿軸向粘貼碳纖維布進行加固，并且在主纖維方向的斷面端部附近進行必要的錨固處理措施。 </p><p>　　③碳纖維布的搭接與截斷：粘貼碳纖維布加固混凝土時，最好不要沿主纖維方向的搭接，特別是用于受拉構(gòu)件和彎拉構(gòu)件受拉區(qū)的加固。 </p>

12、<p>　?、芄こ讨羞x用的碳纖維布及其配套粘結(jié)材料，必須有廠家所提供的材料檢驗證明和合格證。 </p><p>　　4 碳纖維加固的質(zhì)量控制 </p><p>　　4.1 粘貼結(jié)材料的配合比控制 </p><p>　　粘貼用膠結(jié)材料的配合比必須嚴格控制，它是粘貼加固質(zhì)量和效果能否得到保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在配料時要求嚴格按使用配合比備料，在有條件的地方最好先進行

13、粘結(jié)試驗，將配合比不能達到加固設(shè)計對膠結(jié)材料的使用要求時，不允許應用于施工。 </p><p>　　4.2 施工溫度控制 </p><p>　　環(huán)氧樹脂在低溫條件下固化比較緩慢，一般直選擇在15o-28o的溫度條件下進行施工。如果遇到在氣溫較低時施工，必須采取加溫養(yǎng)護措施，譬如用紫外線燈烘烤。 </p><p>　　4.3 應保持成型所需要的壓力 </p>

14、;<p>　　混凝土梁板加固時，大多數(shù)都是在梁的底面進行，由下而上進行粘貼。如果成型時施加的壓力不足，就會造成與混凝土之間粘合不夠緊密，導致補強層材料發(fā)生脫落，會影響加固的效果。 </p><p><b>　　4.4 粘貼控制 </b></p><p>　　涂膠要求涂抹均勻，為避免形成空洞或脫膠，要用力將產(chǎn)生的氣泡擠出刮平，否則將會影響到混凝土結(jié)構(gòu)的加固

15、效果，導致某些部位粘結(jié)不好，造成在混凝土結(jié)構(gòu)使用過程中這些部位出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象，引起混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。 </p><p>　　5 碳纖維加固的實例 </p><p><b>　　5.1 項目概況 </b></p><p>　　塘瀝中橋地處東莞市鳳崗鎮(zhèn)塘瀝村旁，位于東莞市S250公路上。該橋上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土簡支T梁，跨徑組合為3×

16、16m，，橋?qū)?1m。原橋設(shè)計活載標準為為汽車-15級，掛車-80，人群荷載3.0kN/m&sup2;，由于交通發(fā)展需要，將設(shè)計活載提高為汽車-20級，掛車-100，人群荷載3.0kN/m&sup2;。 </p><p>　　5.2 原橋結(jié)構(gòu)承載能力驗算 </p><p>　　表19#梁加固前承載能力極限狀態(tài)計算結(jié)果（汽-15，掛-80） </p><p

17、>　　表29#梁承載能力極限狀態(tài)計算結(jié)果（汽-20，掛-100） </p><p>　　由此可見，該橋在提高車輛荷載等級以后，承載能力由富裕6.5%變到不足-6.6%，承載能力不足將影響行車安全，該橋梁需要進行加固維修提高承載能力。 </p><p>　　5.3T梁加固措施 </p><p>　　在全橋T梁在腹板底部外包粘貼碳纖維布加固，如下圖 </p&

18、gt;<p>　　圖1T梁粘貼碳纖維布加固示意圖 </p><p>　　5.4加固后承載能力驗算 </p><p>　　表 39#梁加固后承載能力極限狀態(tài)計算結(jié)果（汽-20，掛-100） </p><p>　　本次采用碳纖維布加固方法有效的提高T梁承載能力，滿足橋梁提載的要求。 </p><p><b>　　6 結(jié)論與

19、建議 </b></p><p>　　由于橋梁設(shè)計過程中受遠期規(guī)劃、施工等因素的影響，目前國內(nèi)許多現(xiàn)有橋梁已不能滿足使用要求，需要進行加固處理。新型材料碳纖維在我國引進和應用于粘貼碳纖維加固混凝土的技術(shù)時間不長，但其優(yōu)異的性能在橋梁結(jié)構(gòu)加固工程中得到充分的體現(xiàn)，該項技術(shù)將在越來越多加固項目中得到應用。 </p><p><b>　　參考文獻： </b><

20、;/p><p>　　[1]蒙云,盧波. 橋梁加固與改造[M]. 人民交通出版社,2004 (11). </p><p>　　[2]姜艷霞. 淺談碳纖維加固鋼筋混凝土的應用實踐[J]. 江蘇煤炭,2002(2). </p><p>　　[3]土麗平,郭京衛(wèi). 關(guān)于碳纖維加固的施工[J]. 冶金設(shè)備管理與維修，2005(3). </p><p>