桥梁加固中的碳纤维加固技术探讨

王飞

摘 要：针对我国现时正在服役且有效发挥着交通功能的各类公路及水利桥梁工程，实施全面、完整的桥体结构加固及检修维护过程是交通领域各级行业主管机构所要完成的迫切任务。而现时所广泛采用的诸多桥梁加固工艺都普遍存在着一些有损于桥体构架强度的共同缺陷。新型的碳纤维固化加强工艺有效地弥补了这一致命性缺陷，而且施工便捷，可大幅度提升桥体构架的抗形变性能。下面就这项技术的实施过程及应用效果结合工程实例进行阐述。

关键词：碳纤维材料；桥体加固；抗弯性；施工工艺

我国实行开放性的市场经济政策已经经历了几十个年头，伴着国民经济规模的迅速扩大，交通运输业赢得了前所未有的发展机遇，同时在我国的公路桥梁工程战线上也取得了一个又一个的建设硕果，使整体交通网络的运输承载能力及服务效果取得了明显的增强和提升。

1 桥体加固工艺类型

我们国家在上世纪六七十年代所设计建造的桥梁，其设计的载重指标绝大多数存在偏低情况，在现时阶段这些桥梁还依然处在服役状态，在通行规模及单车荷载持续增加的现今时期，特别是在推广挂拖型、集装箱型运输模式之后，当今的绝大多数桥梁已充分暴露出不能满足现时公路运输对桥梁质量及性能的更高水平要求，故强化对目前服役桥梁受损状况的勘查与评估，利用适当的固化、检修技术工艺进行加固处理，对我国现时公路交通运输事业的健康发展具有很大的促进作用。

目前针对桥梁结构的固化处理工艺包括：扩展水泥桥梁断面面积；铁板辅助固化工艺；桥梁结构外增设预应力工艺；革新桥梁构架系统固化工艺等，文章重点介绍碳纤维固化工艺。

1.1 扩展桥梁断面加固工艺

此工艺基本是依托扩展承力断面积，增加桥梁的载荷水平，加大桥梁加固应用的覆盖范围。扩展水泥横截断面面积可运用两种措施：其中一种是增加桥面面板厚度，也就是深化桥面补强层尺寸，进而实现增加桥体主梁承力厚层及承压断面刚度，并强化桥梁总体的完整性；其二是增加桥体主梁及梁筋等载荷构架的外观立体尺寸，加大主梁的厚度尺寸及抑制弯曲变形能力。

因为在桥梁建设施工过程中新浇筑的水泥属于后续的二次受力结构，故其衔接部位受力结构繁杂。另外，由于其实施固化工艺需用较长时间施工过程，因而严重干扰了桥面上车辆的运行，而且在横梁底部及其侧面实施浇筑作业难度很大。此桥梁加固工艺重点应用于桥体规模不大、施工空间限制不大的横梁桥及拱型桥。

1.2 桥体外部施予预应力

此桥体结构加固工艺是把桥面梁体当做固定锚的基体，依托拉伸承力区间内受力钢筋所赋予出的预应力以抗衡一定份额的自重力作用，进而起到减小负载的功能，同时可大力地提升桥体构架的载荷功能。它的独到之处是不加大桥梁自身重量、可增大桥体构架的抗形变能力及抑制裂缝产生的功能，而且在对桥体实施加固处理过程中能够实现不影响桥面车辆自由通行的目标。然而赋予桥体外部预应力可对原桥体构架产生相当程度的破坏作用，况且在实施张拉作业时容易出现已拉紧钢筋又发生松弛的现象，从而导致加固过程失效。此桥梁加固工艺可广泛应用于需要对原桥体构架实施大跨度载荷功能提升过程的桥梁类型。

1.3 碳纤维加固工艺

此桥梁加固工艺技术类似于利用化学粘贴制剂把铁板紧密粘贴在水泥部件的承力侧缘，让其与桥体部件一同承担支撑、抗压功能，进而增强桥体结构的抗形变能力及承力功能的处理过程。

利用两组化学树脂粘结制剂把铁板与其它附属铁部件紧密粘贴在水泥体表面，让水泥、化学粘结剂和铁板一起承担应力负荷，进而增强桥体构架的抗形变性能及载荷功能。使钢板在一定程度上顶替钢筋的承力功能，由此提高桥体构架的支撑能力。历史上此桥梁结构加固工艺的使用起源于上世纪六十年代后期。伴着此工艺在工程实践中运用范围的不断拓展，其应用功能短板亦随之显露出来，其重点是：加固用粘贴钢板的使用使桥体本身重量有了较大幅度的增加，且所使用的铁板很容易因长时间暴露在潮湿空气中而发生深度锈迹侵蚀，同时其加固作用起始阶段并无突出显现。

碳纤维又称增强复合材料是一种纤维复合材料。目前在工程中应用的碳纤维是由多股连续纤维与基材胶合后经过“挤压”和“拉拔”成型后制成的连续纤维。碳纤维材料可以粘贴在混凝土梁的顶板、底版上，用于提高梁的刚度；也可以粘贴在混凝土梁的腹板上，用于提高梁的抗剪强度。碳纤维材料不仅能够用于桥梁上部结构的加固，也可用于桥梁下部结构——墩台的加固，即在桥墩外面缠绕纤维，使桥墩的强度及受力状态得到明显改善，从而提高桥墩的承载能力。另外，也可把CFRP绞线作为预应力筋应用在预应力混凝土结构的桥梁中。

通常情况下，依托在简支梁下部补充设置支撑架及桥墩数目，将各个简直横梁之间进行连续化处理从而使它们形成连续桥梁模式；在桥面下补填钢体加筋梁或将绞连接形式变为固定连接形式等。此种加固工艺应用非常成功，然而在实施加固作业前需展开周密细致的计算分析。

2 碳纤维加固旧桥的施工过程

施工前应对桥梁或其构件的特点进行充分的调查、研究，并对使用的材料、配套树脂、机具做好准备工作。同时按照设计图纸进行施工放样以确定碳纤维布的粘贴位置。

对粘贴的混凝土表面进行打磨处理和修复，并使其充分干燥。如果在潮湿环境，应该对表面进行干燥处理。

3 结语

基于目前桥梁中存在的老化、破损、裂缝等问题，在广泛应用碳纤维材料加固桥梁技术基础上，要不断创新，采用新技术、新工艺使加固过程更加快捷、经济、安全。

参考文献

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