湖北楚天联发路桥养护有限公司

2016年6月份湖北楚天联发路桥养护有限公司承接了甘肃省S304线曹庄桥贴碳纤维加固项目。碳纤维加固包括贴碳纤维加固和贴碳纤维板加固两种。

碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚，但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行维修、加固。

目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。贴碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。

碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料，而备受青睐和关注。

(1)抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍。

(2)重量轻，密度只有普通钢材的1/4。

(3)耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。

(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。

(5)适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。

一、体外预应力加固：

缺点：

1.体外预应力加固的施工工艺，在钢绞线下料与穿束中粘接段段的长度和位置，新老混凝土之间的粘结，后加预应力对原预应力的影响，很难确定。

2.施加预应力索加固现在存在的问题：如合理的加固预应力筋的位置和数量后加固的预应力钢筋对已经存在的预应力钢筋的影响。

3.体外预应力钢筋松弛、断筋等失效的现象也较为常见。

二、体外预应力加固另外的加强措施

1、弯曲加强

采用体外预应力加固法可提高结构构件的受弯承载力。进行桥梁维修加固时预应力筋布置应符合优化布置原则，即加固筋外形与外荷载产生的弯矩图形相似。因此，加固梁式结构时，体外预应力筋多采用折线形连续筋，以充分发挥加固筋的抗拉强度。体外筋的灵活布置，可以有效地补强加固不同么受力情况的简支梁和连续梁。若连续梁中仅有个别跨需要加固，则可采取在这些跨上单独布置预应力筋进行局部加固；若连续梁普遍较差，则可用各跨布置给予整体加固，若连续梁普况遍较弱，但个别跨更弱，则可采取通长布置与局部布置相结合的办法进行加固。

2、剪切加强

梁的剪切强度可通过外部加设扁钢、钢板和钢箍等方法来提高。桥梁维修加固扁钢通常箍在构件上用后张法拉紧并已开发了一种后张不锈钢钢箍的方法。后张法能使新材料平分恒载及活载，这样就能更有效地利用新增材料。提高剪切强度的另外一种方法为采用后张的附加预应力钢筋。预应力钢筋可以加在垂直和倾斜方向上，而且既可安装在梁腹板内，又可安装在箱内。施加预应力时应当小心谨慎，避免结构某些部分出现超限应力。若构件中存在裂缝，一个好的实施方法是在施加预应力之前，先在裂纹上注射环氧树脂。

三、粘贴碳纤维法与钢板粘贴加强法（桥梁粘钢加固）基本原理是一致的，均是将其增强材料粘贴在混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位，使之与结构形成整体，代替需增设的补强钢绑筋，提高梁的承载能力达到补强的目的。

粘贴碳纤维法（贴碳纤维加固）

碳纤维加固桥梁构件的部位：用粘结材料将碳纤维材料有序地缠绕粘贴于构件表面，实现对构件变形的约束并因此提高构件的极限强度和承载能力。在桥梁加固工程中运用贴碳纤维加固，可粘贴在混凝土梁的顶血面或底板上，以提高混凝土梁的截面强度和刚度：也可粘贴在梁的腹掉板上，以提高其抗剪强度具体的施工工艺：

1、处理结构混凝土表面，涂敷基底树脂并整平

2、涂刮整平胶并对其表面作砂光处理

3、滚刷粘结剂粘结碳纤维

4、对已贴的碳纤维作压面处理

5、表面整饰（如抹砂浆等）

四、体系转换法：

是通过改变桥梁结构体系以减少梁内应力，提高承载能力的一种加固方法这是一种‘变被动加固为主动加固’的方法，该方法需要对原结构的现状进行仔细的调查，对其承载潜能进行正确评价，用周密、细致、可靠的计算分析确定体系转换的方法和施工工艺流程，以达到加固修复病桥的目的。一般可通过简支梁下增一设支架或桥墩；或把简支梁与简支梁加以连接，使结构由简支变为连续等。

施工工艺：

（1）揭开桥面铺装层。将梁顶保护层凿除。使主筋外露。沿梁顶增设纵向受力主筋，数量根据计算决定。

（2）浇注端头混凝土

（3）拆除或改变原有支座

（4）重新做好桥面铺装

该加固方法主要对于大、中简支梁桥的加固，将多跨简支梁的梁端连接起来，变为多跨连续梁，可以有效改善结构的受力状况，提高桥梁的承载能力，但不适合连续刚构桥的后期加固。

五、桥面系减载。

对大跨度连续刚构而言，恒载在总重量中占有相当大的比重，减小桥跨内桥面的恒载重量诸如变硷桥面铺装为沥料青硷桥面铺装、变硷栏谣杆系为钢质栏杆系、减薄人行道铺装厚度等能有效地减小跨中的下挠量。

六、扩大或增加原结构构件截面，以提高原结构的强度和刚度；该方法虽然能提高结构承载力，但也会因而加大结构自重。

桥梁检测评价的目的和意义如下:

①通过检查确定桥梁营运多年后各部位由于出现如裂缝、错位、沉降等缺陷而引起的损坏程度与实际承载能力损失，为进行桥梁加固维修提供可靠依据。

②通过检查评价，可确定按旧标准规定的荷载等级设计的桥梁，现在由于交通量的不断增加，车辆载重量的不断加大，是否需要通过桥梁加固维修来提高其荷载等级。

③通过检查评价，可确定特大型工业设备与集装箱运输等超重车辆是否安全通过，并为临时桥梁加固维修提供技术资料。

④通过检查评价，可评定一些重要的大桥或特大桥梁，在建成之后其设计与施工质量，确定工程的可靠度。

⑤通过检测评价，可验证采用新型结构桥梁理论的实践性与可靠性，以便对桥梁加固维修结构设计理论及结构形式加以改进，使其更完善。

⑥通过对维修加固的桥梁进行竣工检查可检验维修加固的质量，并验证桥梁检测加固方法的合理性与可靠性。

桥梁加固改造中旧桥病害加固处治应贯彻“防治结合，以防为主”的方针，着力避免“小病不治，酿成大病”。就具体的桥梁病害处治加固而言，在旧桥加固改造实施过程中，应遵循以下6原则。

▋ 从实际出发原则

旧桥加固改造之前，必须对原结构系统全面地进行承载力、使用性能德鉴定，对桥梁结构的各种病害、缺陷等实际状态进行客观准确地把握和评价，对病害成因进行科学全面的分析与诊断。加固设计时的分析计算模式，材料性能指标要尽可能地分析与诊断。桥梁加固改造设计时的分析计算模式、材料性能指标要尽可能地与世界情况符合，加固方案应充分考虑既有交通的干扰与影响，具备较强的可操作性，桥梁加固改造所选用的施工工艺、设备机具应与施工现场实际条件紧密结合，具有较好的可靠性。

▋ 消除隐患原则

桥梁加固改造方案设计时，应充分考虑各种长期因素（如温度变化、地基不均匀沉降、腐蚀、振动等环境原因）对桥梁结构耐久性能胡使用性能德不利影响，适度考虑交通流量增大、超重超载车辆、施工荷载等因素对结构受力行为的影响，对其可能造成的损坏或不利影响预先提出对策，避免这些不利硬度再次影响旧桥加固改造效果，彻底消除这种隐患。

▋ 全面比较原则

桥梁加固改造方案的确定，是在全面综合地考虑旧桥结构的病害状况、使用历史、荷载变异、功能要求、加固效果、既有交通状况、桥梁加固施工技术条件（施工技术工艺、设备机具、熟练技工等）、一些非技术因素（经济指标、工作成端等）等多方面的因素后，经过多个旧桥加固改造方案的全面比较、反复论证后、优中选优。

▋ 预防损坏原则

在桥梁加固施工过程中，若发现旧桥结构或构件存在其他新结构或构件存在其他新的缺陷或病害是，应立即停止施工，并会同设计单位、监测单位采取有效措施处理后方可继续施工，防止桥梁加固施工对原有的结构造成新的损害。对于存在倾覆、滑移倒塌的可能的结构，在桥梁加固施工前应采取切实有效的临时加固措施，防止在桥梁加固期间产生新的病害或损伤。此外，旧桥加固改造应尽量不损坏既有结构，保留其具有利用价值的部分，避免不必要的损坏、拆除或更换。

▋ 协同受力原则

桥梁加固改造方案的确定，还应采取有效措施或主动加固对策，充分考虑新旧结构强度、刚度与使用寿命的均衡与匹配，尽可能地保证新增加的界面和构件与原有结构能够可靠地协同工作、整体受力，共同承担外荷载，使加固后的桥梁结构达到安全、可开、耐久的目标。一般来说，由于桥梁恒载所占比例较大，旧桥加固改造同时往往难以采取全面封闭交通或采取其他卸载措施，因此，桥梁加固改造所增加的构件或截面常常只能承受活荷载，因此要想法设法地在构件上、工序上、工艺上采取措施，桥梁加固工程尽可能采用主动桥梁加固对策，使新增构件或截面承担更多的荷载，适当减轻原有结构或构件荷载。

▋ 有序实施原则

一般来说，桥梁加固施工过程中可能包含卸载、加载、协同受力等过程，在这个过程中，结构受力图式，荷载大小及作用位置等都在不断的变化中，因此，应当严格按照设计确定的施工工序实施，严格控制施工临时荷载，尽量减少作用在原有结构上的施工荷载，避免在某个阶段产生过载现象，导致旧桥加固改造后对原有结构造成新的损害。

一、前言

中国桥梁工程的发展已具有相当规模，公路交通量不断增加，行车密度及车辆载重越来越大，公路桥梁负荷日趋加重。有一部分公路桥梁是中国20世纪80年代以前修建的，因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题。而20世纪80年代以后修建的，其中已有不少桥梁暴露出缺陷，更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化的现象，影响其承载能力和使用寿命。因此，采用适当的加固和改造技术措施，恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命，以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。

二、碳纤维材料特性

碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的，其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。碳纤维材料具有优异的物理力学性能。加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。碳纤维布的抗拉强度标准值应大于3000MPa，弹性模量大于2.0×l0⁵MPa.综合材料的物理、力学特性分析，要想最大限度地发挥材料自身的优势，适宜将CFRP材料作为桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别适用于纯受拉构件，工程实践也证明了这一点。目前，用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力，约束裂缝的开展。

三、贴碳纤维加固补强的施工工艺

1、根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理

(1)将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原；

(2)裂缝修补。缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝；

(3)将构件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角；

(4)清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。

2、底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内）

(1)把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准；

(2)用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料；

(3)底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光；

(4)注意在气温小于5℃，相对湿度大于85，砼表面含水率在8%以上，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。

3、环氧结构胶对构件表面残缺的修补

(1)构件表面凹陷部位应用环氧结构胶填平，修复至表面平整；

(2)内角（段差、起拱等）要用环氧结构胶填补使之平顺。

4、贴碳纤维加固

(1)为了防止碳纤维受损，在碳纤维运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折；

(2)碳纤维接头必须搭接10cm以上，横向不需搭接；

(3)按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称为下涂；

(4)贴碳纤维时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。

5、养护

粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。

6、涂装

根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面，涂刷耐火涂层和色彩。