粘贴碳纤维加固法

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1、粘贴碳纤维加固法1.粘贴碳纤维简述粘贴碳纤维法是公路混凝土桥梁常用的加固方法。一般是采用环氧树脂或专门结胶将碳纤维布或板直接粘贴在混凝土构件表面，使之与构件形成受力整体。使用碳纤维布加固技术加固拱肋, 具有以下一些技术优势:( 1)碳纤维布薄而轻, 施工时不用任何大型设备, 粘贴后占用的空间很小, 基本不增加结构自重及截面尺寸。这在胜利桥旧桥改造工程空间紧张的情况下, 显示出极大的优越性。( 2)强度高(约为普通钢材的10倍) , 效果好, 能取得类似于钢板一样的加固效果, 但其结构重量基本不增加, 使加固后的结构外表仍然保持轻巧和美观。( 3)由于碳纤维布加固只使用碳纤维和配套树脂, 碳纤维

2、布有极好的抗化学作用, 具有耐酸、碱、盐和大气环境腐蚀等性能, 不会出现生锈, 因而使用碳纤维布加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性。( 4)碳纤维布柔性好, 易于裁剪, 易于施工, 不需要大型施工机具及周转材料, 操作简便, 施工工期短, 经济性好。2. 加固基本原理碳纤维加固基本原理根据采用碳纤维片材对梁、板构件进行受弯加固时进行承载力计算, 除符合现行国家标准对受弯构件正截面承载力计算的基本假定外, 尚应符合下列要求: ( 1) 构件达到受弯承载能力极限状态时, 碳纤维片材的拉应变按截面应变保持平面的假定确定, 但不应超过碳纤维片材的允许拉应变Ecf ; ( 2) 考虑二次受力影响,根

3、据加固时的荷载状况, 按截面应变保持平面的假定计算加固前受拉区边缘混凝土的初始应变Ei ; ( 3) 碳纤维片材的拉应力Rcf 取碳纤维弹性模量Ecf 与其拉应变Ecf 的乘积; ( 4) 在达到受弯承载能力极限状态时, 碳纤维片材与混凝土之间不发生粘结剥离破坏.3.设计原则（1）双曲拱桥结构自重较大，加固时不能完全卸载，必须考虑二次受力。（2）一般情况下，正常使用极限状态将控制加固设计（3）承载力极限状态的验算中要考虑到可能发生的各种破坏形态。（4）正常使用极限状态的验算包括：应力的限制，以免钢筋的屈服、混凝土的破坏或过度徐变和CFRP的断裂；变形的限制；开裂的限制，以保证结构的耐久性与黏结

4、的完整性。（5）意外设计情况应考虑由于撞击、故意破坏或火灾等引起的碳纤维片材的脱落。3.设计计算T形截面偏心受压构件进行加固，其正截面承载力按以下公式计算： 等效拱肋截面图（单位:mm） （1） （2） （3）式中：桥梁结构的重要性系数，按结构设计安全等级采用，对于公路桥梁，安全等级一级、二级、三级，分别为1.1、1.0和0.9； 轴向力组合设计值； 原构件混凝土抗压强度设计值； bT形截面短边长度； 碳纤维布应力计算值，按平截面假定计算；碳纤维布的面积；T形截面的高度；x截面受压区高度；碳纤维布的弹性模量；碳纤维布的有效应变设计值；取=0.0035轴力设计组合值为2334.46KN，弯矩设计

5、值为553.37KNM，将截面的各数据代入公式有：=0.0035230000=805 1.12334.4613.8280x-8050.167280 x674.31mm取x的最小值代入（2）中进行验算：1.1553.37-13.8280674.31（870-）0 恒成立所以正截面的承载能力满足设计的要求4.加固施工工艺4.1加固设计要点 4.1.1 主拱圈加固（1）对主拱肋局部混凝土碎落处，应将周边松散混凝土凿除，对已锈蚀钢筋除锈，并采用环氧树脂小石子混凝土修复；（2）对主拱肋箍筋外露锈蚀部位，应对锈蚀处进行除锈并磨平，粘贴一层碳纤维布予以封闭；（3）主拱肋拱顶截面下缘1m范围内及破损部位粘贴一

6、层碳纤维布，并在主拱肋的外侧加压条，其粘贴形式采用内短外长式。4.1.2拱上立柱的加固（1）采用碳纤维布的环向围束对拱上立柱进行延性加固，且碳纤维布的粘贴层数不少于3层；（2）环向围束上下层之间的搭接宽度应大于50mm，碳纤维布环向截断点的延伸长度应大于200mm，且各条带搭接位置应该相互错开。（3）碳纤维布加固立柱时，在绕过立柱的外倒角时，立柱的截面棱角应在粘贴前打磨成圆弧面。圆化半径应该大于25mm；（4）在碳纤维布两端增设锚固措施。4.1.3腹拱加固在各腹拱的拱腹设置一层钢筋网, 并锚喷10cm 厚混凝土, 以提高腹拱的承载能力和抗风化能力. 在施工过程中, 应注意的是: 设计锚喷混凝土

7、厚度为10 cm, 若一次性喷射容易因喷射混凝土的自重大于腹拱拱顶受喷面的粘结强度, 而下垂或脱落, 因此必须采用分层喷射, 每层厚度宜为2 3 cm.4.1.4桥面系凿除桥面铺装层，重新浇筑20cm钢筋混凝土桥面，提高桥面系的整体性。4.1.5主拱肋横隔板对主拱肋横隔板跟拱肋连接处，首先应对其进行打磨处理，再粘贴1-2层碳纤维布，横隔板的其他部分采用除锈、涂抹水泥砂浆处理。4.2粘贴碳纤维布注意事项粘贴碳纤维布施工过程中应严格按照粘贴碳纤维增强复合材料加固混凝土工程施工与验收暂行规定进行施工并注意一下事项：粘贴碳纤维布应在拆除桥面与腹孔微弯板、腹孔墩盖梁，并在拱脚附近拱背上缘现浇混凝土等工序

8、完成之后进行，尽量减轻上部构造的衡载作用，以充分发挥碳纤维布的高强性能；粘贴碳纤维布时及黏结胶达到强度前，不允许对上部构造增加重荷载作用，以免影响粘贴质量；在粘贴胶达到强度后，才可开始浇筑腹孔墩外包混凝土与桥面板混凝土；要求粘贴前清除拱肋下缘表面疏松部分，直至露出混凝土结构层，若有裂缝，应先予以修补；粘贴碳纤维布时，应使碳纤维布材料充分浸润，确保粘贴质量；施工前应对粘贴表面混凝土含水率及所处的环境进行测量，若混凝土表层含水率大于4%或现场气温低于5时，应停止施工或采取措施；碳纤维布是否与被黏贴结面充分黏合直接关系到碳纤维布的施工质量，在粘贴后应仔细检查粘贴面，若发现碳纤维布与拱肋混凝土底面之间有气孔，应采用注射针管进行注射黏结胶修补，确保碳纤维布与拱肋底面充分黏合。