纤维类材料是近年来国内外土木工程方面研究的重点, 科学技术的发展使得碳纤维复合材料, 成为至今应用于建筑业领域里用量最大、技术最稳定的高科技材料碳纤维复合材料加固技术从而广泛的应用起来。近十几年来, 国内外的碳纤维及其衍生复合材料正处于高速发展之中, 碳纤维材料的力学性能也取得了突破性的进展生成效率和技术也有了明显提高, 产品成本平稳中持续降低。目前, 桥梁工程中已大量使用碳纤维布加固桥梁, 提高桥梁本身的承载能力。
碳纤维布加固法通过在构件受拉区粘贴碳纤维布, 增强钢筋的受拉性能, 从而提高整体的抗弯承载力;在构件的受剪区粘贴碳纤维布, 加固钢筋混凝土的抗剪能力;碳纤维布通过约束其内部混凝土从而能加固钢筋混凝土抗震柱, 这种约束伴随这轴向压力的增大发生横向膨胀, 从而使得碳纤维布产生环向伸长, 增强侧向约束力, 因此称为被动约束。这种约束机制取决于碳纤维布的环向约束能力和混凝土的横向膨胀性能这两种因素。碳纤维布通过两阶段的受力过程约束混凝土, 延缓了受压区混凝土的压碎, 最大化发挥纵向中钢筋的塑性性能, 构件的延性从而显著改善。
表1列举了碳纤维材料的主要性能指标。
碳纤维材料的主要特性有: (1) 高强高效。碳纤维符合材料不但抗拉强度远高于普通钢材, 模量也比普通钢材高; (2) 重量轻、柔韧性好; (3) 施工便捷且质量可以保证; (4) 具有良好的耐腐蚀性和耐久性。
(1) 碳纤维布可以根据补强的要求进行多层粘贴, 在一个部位重叠粘贴直至满足补强的要求。这一优点是传统方式中无法做到的。
(2) 对于各种不同形状的构件, 传统的施工方法基本无法实现, 而碳纤维材料的高柔韧性可以适应任意形状的构件, 从而增强了施工的可实行度, 缩短施工时间, 降低成本, 获得较大的经济效益。
(3) 施工简便。
碳纤维布加固法在梁桥内部限制下的作业空间中操作时依然简单易行, 因为这种方法工作时需要的空间很小, 不需要大型设备, 操作起来十分简单。
(4) 不会对原结构产生新损伤。
碳纤维布加固补强不需要开凿混凝土, 只需用树脂对结合处进行粘贴, 因此不会产生新的结构破坏。
(5) 有效地封闭混凝土的裂缝。
由于碳纤维布是粘贴在混凝土的表面, 因此不但封闭了裂缝, 而且碳纤维材料的特性能够约束裂缝的扩展, 将原本宽深的裂缝逐渐变为细小的裂纹, 从而混凝土构件的刚度也得到了提高。
(6) 优良的耐腐蚀性。
碳纤维布不仅能经受酸碱的腐蚀, 在其他低劣环境下也有很长的寿命, 并且碳纤维材料本身有良好的耐热性和无腐蚀性, 因而这种方法在某些特定环境下更能体现出优越性。
(7) 不影响外观。
碳纤维布很薄的性能使得其粘贴固化后完全布会影响原来的外观。
碳纤维布加固技术的缺点主要在于不能充分适应大变形的结构加固, 而且抗震效果实际并不明显, 即延性不足。碳纤维布需要经过相当的变形才能发挥较大的强度即强度和弹性模量的比值太低, 难以抑制裂缝的扩展与结构变形;其次有机材料本身不耐高温, 不能在高温环境下使用, 这使得碳纤维布加固法有一定的局限性。
目前广泛使用的碳纤维布形式上主要为片材、棒材。片材的加固形式可谓各式各样, 从原理中可以看出基本体现为抗弯曲、剪切、压缩、抗震等, 因而其加固效果可以体现为增加刚度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度等。混凝土桥墩的延性和抗剪切能力可以通过在桥墩表面环绕粘贴碳纤维布来实现;而且环绕粘贴的碳纤维布能够对混凝土柱形成约束作用, 从而提高截面的抗压强度。在加固已经出现裂纹和损伤的部分时可以在混凝土桥桥面板的上下表面分别粘贴上碳纤维布。碳纤维布加固法的技术优势随着其广泛应用已被人们普遍认可, 在实际加固梁桥使用中, 不仅要制定详细的材料标准, 还必须掌握这项技术的具体操作流程。
碳纤维布加固法作为一种新型的技术, 在桥梁维护方面有着划时代的意义。传统方法几乎不可能用来维护连续梁桥, 因为连续梁桥中有一孔出现损坏就得对全桥进行维修, 将会耗费大量的人力物力资源。碳纤维布加固法的优势使得这些难题迎刃而解, 既能保证施工的质量又节省了资金, 符合可持续发展的战略思想。鉴于我国掌握和使用这种方法的时间还不长, 在实际应用时施工技术、设计方法等方面仍然需要深入地进行研究, 结合大量的实践不断积累经验。
摘要：伴随着社会的迅速发展、生活节奏的不断加快, 车辆的密度以及载重也在不断增加, 从而很多旧桥出现了程度不同的裂缝、结构上的损伤妨碍了车辆的正常通行, 导致交通中断, 给个人乃至国家的经济造成难以估量的损失。因此, 梁桥的补强加固问题急需解决。本文主要介绍了碳纤维布加固法的加固原理、特点、适用范围等, 并分析这种方法的优缺点。
关键词：碳纤维布,加固
[1] 张军营.粘贴碳纤维板工艺在混凝土桥梁加固工程中的应用[J].科技创新导报, 2008.
[2] 中国工程建设标准化协会标准.碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].北京:中国技术出版社, 2003.
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