浅谈粘贴CFRP对桥梁结构承载能力剩余寿命的影响

周敏

摘  要：该文以G30线现有桥梁为工程实例，根据实地考察结果，于该桥接近基于时变可靠度的承载力耐久性寿命时，采取张贴碳纤维布技术对其维修加固，预测其基于时效性的承载力耐久性寿命，经计算，张贴CFRP能有效提高桥梁寿命。

关键词：混凝土桥梁  动态可靠度  极限状态

中图分类号：U443   文献标识码：A           文章编号：1672-3791（2019）05（b）-0055-02

当下，时代发展过快，公路荷载等级集中荷载增大，部分钢筋混凝土旧桥可靠度下降过快，在影响结构承载力时可使用碳纤维加固技术进行维修加固。该措施在当下混凝土结构加固中越演越烈。该技术主要将指定尺寸碳纤维片材进行张拉，再采取专用的粘结材料将其与需要加固的构件粘结形成整体，以此提高结构整体承载力和耐久性的目的。该文就粘贴CFRP对混凝土桥梁结构承载能力剩余寿命的影响进行探究。

1  工程概况

现以在役混凝土桥梁酒泉中桥005为工程实例进行分析。该桥为2005年修建，采用标准1～20m预制拼装式空心板作为上部承载结构，下部为U型桥台，基础采用扩大基础。

桥梁结构承载力极限状态耐久性寿命预测理论如下。

规范指出混凝土结构构件的耐久性极限状态可分为以下3种：（1）钢筋开始发生锈蚀的极限状态;（2）钢筋发生适量锈蚀的极限状态;（3）混凝土表面发生轻微损伤的极限状态。

根据以上规范给出的3种寿命准则，可以将基于时效的可靠度寿命准则理解如下：当结构的相应数理模型可靠度下降至指定的寿命准则下限时，即可认为结构达到该种极限状态，标志着耐久性在该准则下失效。

1.1 承载力寿命标准

该文取桥梁结构抗力效应低于荷载相应时为承载力寿命終止标准。按统计学理论，结构动态可靠度可以表示为式（1）。应对结构抗力效应和荷载效应进行时效性分析，再进一步推算得到桥梁的动态可靠度。

2.2.2 桥梁结构承载力寿命

按规范取目标可靠指标β*=4.2，分析所得酒泉中桥005各构件基于时变可靠度的承载力寿命取最小寿命为该桥承载力寿命，则TR=43年，因该桥以使用11年，则其剩余承载力寿命为TRS=32年。

3  碳纤维布加固桥梁

3.1 碳纤维布加固技术

我国桥梁承载力不足时常用的加固方法有增大截面大、粘贴钢板法和外贴碳纤维布法。考虑到尽量不破坏原有结构导致二次损伤，以及经济、易操作，该文采取外贴CFRP进行加固分析。

基本假定：（1）结构粘贴CFRP后变形规律依然符合平截面假定。经实验表明，受力钢筋发生较大塑形变形前满足该假定;（2）碳纤维片材、钢筋处于线弹性状态;（3）采用的粘结材料可靠，CFRP与原结构间协同作用较好，受力时不发生滑移;（4）计算分析中不计入混凝土的抗拉强度;（5）考虑到CFRP较薄，与结构相比忽略不计，因此在分析中不计其厚度对力的影响。

3.2 加固后桥梁结构抗力平均值和标准差

前面分析到桥梁经营至第43年，1#梁耐久性便已失效，为保证结构的正常运营，应考虑耐久性失效前采取措施。结构耐久性降低而承载力满足要求时可采取预防性养护提高耐久性，但在承载力降低时应采取加固措施。该文取第40年时采用外贴CFRP加固，采用d=0.8mm，宽b=124cm的碳纤维布粘贴全桥板梁底部1层，为保证施工工艺可分多块进行粘贴，且应保证每块碳纤维布之间的搭接长度为10cm。

外贴碳纤维布后桥梁结构抗力效应如表2所示。

3.3 加固后可靠度

采用验算点发的到该桥1#梁～5#梁的时变可靠指标如表3所示。

3.4 桥梁结构加固后承载力寿命

根据规范取目标可靠指标β*=4.2，则该桥各梁加固后承载力寿命如表4所示，取最小寿命为该桥承载力寿命，则TR=57年，因该桥以使用11年，则其剩余承载力寿命为TRS=46年，也就是说粘贴碳纤维布提高了桥梁结构承载力寿命14年。

4  结语

在考虑环境、结构内钢筋锈蚀和外部荷载变化等多种因素作用下，利用动态可靠度对桥梁结构承载力进行分析，结果表示CFRP可以有效减缓在役结构的抗力减弱趋势，以此提高结构的可靠度。但是该文在分析中并未考虑CFRP随时间变化承载力的变化趋势，实际情况有待探究。

参考文献

[1] 李杨海.公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计[M].北京：人民交通出版社，1997.

[2] 牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测[M].北京：科学出版社，2003.