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碳纤维加固技术在桥梁加固工程中的应用
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摘要:桥梁工程作为交通基础设施的重要组成部分,随着运营服役时间的增加,其承载能力和耐久性逐步减弱,桥梁结构将会出现不同程度的病害。本文对桥梁加固中碳纤维加固技术进行调查分析,研究碳纤维加固的作用机理和特点,结合工程实例探析碳纤维加固技术施工工艺,为同类桥梁加固施工的开展提供技术支撑。
关键词:碳纤维;加固;桥梁;应用
我国经济社会的飞速发展促进了交通基础设施日趋完善,桥梁建设数量进入世界前列。但随着交通流量的迅猛增加,各类桥梁在运营使用期间受到荷载的反复作用,则会出现不同程度的病害,如混凝土开裂、破损及结构下挠,给桥梁结构承载能力和耐久性造成一定程度的不利影响。因此,为保证桥梁结构的正常使用和安全,则必须对产生病害的桥梁进行加固处理。在桥梁加固工程中,加固的材料和工艺多种多样,笔者通过对大量桥梁加固工程进行调查分析,纤维加固技术凭借其材料性能优越、施工工艺简便、加固效果良好等优点,在桥梁加固工程领域应用较为广泛。
1、碳纤维加固技术简介
1.1碳纤维加固技术原理
碳纤维是一种含碳元素的高强纤维,具有良好的力学性能、耐高温性、耐腐蚀性、自重轻等特点,在工程领域应用广泛。碳纤维加固应用常用的材料为碳纤维布和碳纤维板,主要利用碳纤维的较高的抗拉强度,一般为普通钢材的10倍左右,利用环氧树脂类材料粘贴在桥梁结构表面,能够与桥梁结构形成良好的结合,与桥梁结构共同受力,从而能达到加固桥梁的目的。近年来,工程技术人员将碳纤维材料应用到预应力加固工程中,将传统的预应力钢绞线替换为轻盈的碳纤维材料,能充分利用碳纤维材料高抗拉强度、高弹模、低松弛等性能,在桥梁结构体外预应力加固中广泛应用。
图1碳纤维体外预应力加固技术
1.2碳纤维加固技术的优点
碳纤维加固技术作为一种优良的加固工艺,在桥梁加固工程中应用的非常广泛,其具备的主要特点有
(1)力学性能良好
碳纤维丝具有较强抗拉强度,一般能够达到2500-3400MPa,是普通钢材抗拉强度的十倍左右;同时碳纤维具有较高的弹性模量,可以与钢材相比媲美,因此碳纤维材料应用到桥梁加固工程中去,可以充分发挥其高抗拉强度和高弹模的优点,有效提高桥梁的承载能力,达到良好的加固效果。
(2)使用性能稳定
碳纤维具有良好的耐高温、耐化学腐蚀等性能,在各类环境中能够抵抗酸、碱、盐等各类化学侵蚀,且不会产生锈蚀,使用过程中各项性能指标稳定,材料不易劣化,具有良好的耐久性。
施工工艺简便
碳纤维材料自重轻,在加固施工中不需要大型的起重设备;可以根据结构病害的实际需要,将碳纤维布或碳纤维板裁剪成不同的形状,通过粘结材料有效的贴合在桥梁构件表面,能够起到显著的加固效果。
(4)热膨胀系数小
碳纤维材料经过特殊的处理后,使其热膨胀系数非常小,在外界环境温度的变化范围内则产生很小的变形,因此应用在桥梁加固工程中形成良好的稳定性,有利于提高结构的承载能力。
1.3碳纤维加固技术应用前景
我国桥梁建设已经取得巨大的成就,但随着近年来交通流量的剧增,加上环境的侵蚀、材料的自然老化、车辆荷载的提高以及超限车辆的普遍现象,造成许多旧桥已无法满足安全运营的需要。研究开发新型的桥梁加固技术与材料,并在病危旧桥的加固工程中合理的加以应用,恢复和提高旧桥的承载能力及通行能力迫在眉睫。但是,我国在碳纤维加固技术方面还处于起步的阶段,与发达国家还存在着较大的差距。由于碳纤维材料多数是来自进口国家,为了降低成本,实现材料经济效益的提升,在我国桥梁施工与修复中,还是采用了“加固为主”原则使用裂缝闭合方法开展作业。在粘结材料的使用上,采用了符合技术指标的碳纤维布与树脂,用以降低成本。借此,结合我国基本国情发展的需要,相关科研部门针对我国桥梁、道路特点以及环境因素,加大了对于碳纤维应用指导性研究。伴随碳纤维材料使用的专业性与系统性提升,未来该项技术应用前景可观。
2、碳纤维加固技术应用
碳纤维加固技术的应用促进桥梁加固技术的飞跃发展,并使其得到广泛应用,本文以某桥梁加固工程为例介绍碳纤维加固技术的应用。
2.1工程概况
某桥梁上部结构为8-40m装配式预应力混凝土简支T梁,下部结构桥墩采用柱式墩,桥台采用柱式台,基础均采用桩基础,桥梁全长441m,桥宽16.5m,中心桩号为K5+540,桥梁按90°布设,设计荷载等级为公路-Ⅰ级。因近10年来重载、超载车辆的通行造成小箱梁梁体底板出现部分横向裂缝,个别小箱梁出现竖向裂缝,给桥梁的正常使用和耐久性造成一定的隐患;经现场荷载试验评估后,桥梁承载能力有所下降,难以满足现有通行需求,因此必须进行加固处理。经方案必选,采用粘贴碳纤维布的方式进行加固。
2.2加固工艺流程
碳纤维布加固
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