貼剛法及粘貼碳纖維法橋梁加固

1、貼剛法及粘貼碳纖維法橋梁加固1.貼鋼法2.粘貼碳纖維加固橋梁一、概述粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)：有效提高結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪及抗開(kāi)裂性能，不改變結(jié)構(gòu)外形，在許多情況下替代了增大截面加固技術(shù)。是為2O世紀(jì)8O年代的一種先進(jìn)加固方法。1.貼鋼法1. 方法：采用粘結(jié)劑（環(huán)氧樹(shù)脂）將鋼板粘貼在鋼筋混 凝土結(jié)構(gòu)的受拉邊緣或其他薄弱部位；2. 作用：與原結(jié)構(gòu)共同受力、提高剛度，改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)、提高構(gòu)件抗彎和抗剪能力、減少裂縫擴(kuò)展；3. 優(yōu)點(diǎn)：施工技術(shù)簡(jiǎn)便、操作空間小、施工周期短、便于檢查；4. 缺點(diǎn)：鋼板防腐、超筋破壞。二、粘貼鋼板法加固原理和方法（一）粘貼鋼板加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1) 提高結(jié)構(gòu)抗彎能力：在構(gòu)件的受拉邊緣表面粘

2、貼鋼板，合理與安全的設(shè)計(jì)應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服變形前，粘結(jié)處混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。(2) 主拉應(yīng)力區(qū)抗剪強(qiáng)度不足：將鋼板粘貼在結(jié)構(gòu)的側(cè)面、并垂直于剪切裂縫的方向斜向粘貼（斜度一般為4560）。(3) 構(gòu)造設(shè)計(jì)：加固用的鋼板可按實(shí)際需要采用不同的形狀，用于抗彎能力補(bǔ)強(qiáng)的鋼板尺寸應(yīng)盡可能薄而寬；用于提高抗剪強(qiáng)度的鋼板可適當(dāng)厚些。(4) 鋼板設(shè)計(jì)長(zhǎng)度：應(yīng)將鋼板兩端延伸到低應(yīng)力區(qū)，以減少鋼板錨固端的粘結(jié)應(yīng)力集中，防止粘結(jié)部位構(gòu)件出現(xiàn)裂縫或粘貼鋼板受拉而脫落的情況發(fā)生。(5) 粘貼鋼板加固：除足夠的錨固長(zhǎng)度、粘結(jié)劑具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性外、端部可用夾緊螺栓固定，并在鋼板上按一定的距離用螺栓固定。（二）

3、粘貼鋼板加固注意事項(xiàng) 1.抗彎加固 粘鋼部分和沒(méi)有粘鋼部分存在剛度差別，在剛度變化處有較大的應(yīng)力和應(yīng)變突變，結(jié)構(gòu)易在此部位開(kāi)裂。因此應(yīng)考慮粘貼鋼板時(shí)鋼板的厚度不宜過(guò)厚，避免在剛度變化處出現(xiàn)裂紋。因此粘貼鋼板的起點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近支座，以減小主拉應(yīng)力，從而減少突變破壞的概率。 從受力觀點(diǎn)看，加固的鋼板滿布梁底伸到支座以外更好。當(dāng)結(jié)構(gòu)的抗彎強(qiáng)度需要較厚的鋼板時(shí)，可采用變厚度鋼板。如條件限制，可考慮其他加固方式，如粘貼碳纖維布。 2.抗剪加固 結(jié)構(gòu)粘貼鋼板進(jìn)行加固后，結(jié)構(gòu)的抗剪能力也有一定的提高，試驗(yàn)證明，對(duì)于不同配筋和采用不同的鋼板規(guī)格加固的結(jié)構(gòu)，其抗剪強(qiáng)度都有所提高，提高的幅度為220。設(shè)計(jì)中，為了

4、安全起見(jiàn)，不考慮這部分抗剪強(qiáng)度的提高。 鋼板粘貼在梁的側(cè)面可以減少結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，使結(jié)構(gòu)中混凝土的抗剪能力得到較為充分的利用。 從力學(xué)觀點(diǎn)上看，抗剪鋼板在粘貼時(shí)從底面到兩側(cè)面布置成U形最好，可減緩裂縫繞過(guò)鋼板發(fā)展。三、粘貼鋼板加固法施工（一）施工工藝 (1) 待粘貼部位的混凝土表面應(yīng)清鑿平順、堅(jiān)硬干凈； (2) 鋼板除銹要徹底，且表面應(yīng)有一定的粗糙度； (3) 慎重選擇膠粘材料，配膠精確，已固化的膠不得再用； (4) 粘貼時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)飽滿，在混凝土表面及鋼板表面分別涂刷一層均勻的環(huán)氧砂漿薄層（厚約2mm），然后加壓使之密貼并使之固定（粘結(jié)劑固化前應(yīng)有措施使鋼板固定并夾緊）； (5) 粘貼前在混凝土構(gòu)

5、件上鉆孔并安裝錨固螺栓(兼作固定件和壓緊件)，要求埋設(shè)牢固，具有可靠的抗拔力，以保持粘貼鋼板時(shí)有效地加壓，同時(shí)還可幫助鋼板克服剪切，有利于粘貼的耐久作用； (6) 對(duì)鋼板外表面進(jìn)行防銹處理和被加固部位構(gòu)件的外觀處理。（二）施工安全措施 (1) 配制粘結(jié)劑用的原料應(yīng)密封貯存，遠(yuǎn)離火源，避免陽(yáng)光直接照射； (2) 配制和使用場(chǎng)所，必須保護(hù)通風(fēng)良好； (3) 操作人員應(yīng)穿工作服，戴防護(hù)口罩和手套； (4) 工作場(chǎng)所應(yīng)配備各種必要的滅火器以備救護(hù)。（三）質(zhì)量檢查 (1) 撤除臨時(shí)固定設(shè)備后，應(yīng)用小錘輕輕敲擊粘結(jié)鋼板，從音響判斷粘接效果或用超聲波法或紅外線法探測(cè)粘結(jié)密實(shí)度。鋼板的有效粘結(jié)面積應(yīng)不少于95

6、。 (2) 對(duì)于重大工程，為真實(shí)檢驗(yàn)其加固效果，尚需抽樣進(jìn)行荷載試驗(yàn)，一般僅作標(biāo)準(zhǔn)使用荷載試驗(yàn)，即將卸去的荷載重新全部加上，其結(jié)構(gòu)的變形和裂縫開(kāi)展應(yīng)滿足設(shè)計(jì)使用要求。2.粘貼碳纖維加固橋梁 碳纖維材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer簡(jiǎn)稱CFRP)用于加固工程于20世紀(jì)80、90年代在發(fā)達(dá)國(guó)家興起的一項(xiàng)工程修復(fù)技術(shù)，與其他加固方法相比有更多的優(yōu)點(diǎn)和更明顯的加固效果。碳纖維加固橋梁已受到越來(lái)越多的關(guān)注，已成為國(guó)內(nèi)外加固修補(bǔ)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一種手段。 碳纖維根據(jù)原料及生產(chǎn)方式的不同，主要分為聚丙烯腈(PAN）基碳纖維（高強(qiáng)度型）及瀝青基碳纖維（高彈性型）。碳纖維材料加

7、固具有如下特點(diǎn)：1. 軸向抗拉強(qiáng)度高，能靈活地用于抗彎、抗剪加固；2. 密度小，自重輕，能在狹小的空間操作：3. 具有柔性，適用于各種復(fù)雜外形構(gòu)件表面；4. 織物覆蓋表面平整，對(duì)裝修影響小；5. 耐腐蝕性(抗堿等化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境)、抗磨蝕性、抗震性及耐久性，存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)；6. 永久荷載作用下抗蠕變等特點(diǎn)。一、碳纖維材料性能 加固混凝土結(jié)構(gòu)用的纖維材料目前主要有三種：玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFPR)。 纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點(diǎn)是其應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。 由于碳纖維材料具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學(xué)性能，以及現(xiàn)場(chǎng)施工便捷，所以是橋梁加

8、固補(bǔ)強(qiáng)的理想材料。玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)、芳綸纖維(AFPR)與高強(qiáng)鋼絲力學(xué)性能碳纖維布：抗拉強(qiáng)度：一般為3550MPa；彈性模量：2.35X105MPa；厚度在0.110.43mm；幅寬在20100cm；卷材長(zhǎng)度為50100m。碳纖維材料與其他加固材料對(duì)比：（1）抗拉強(qiáng)度：碳纖維的抗拉強(qiáng)度約為鋼材的10倍；（2）彈性模量：碳纖維復(fù)合材料的拉伸彈性模量高于鋼材，但芳綸和玻璃纖維復(fù)合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的一半和四分之一。（3） 疲勞強(qiáng)度：碳纖維和芳綸纖維的疲勞強(qiáng)度高于高強(qiáng)綱絲。金屬材料的疲勞極限僅為靜荷強(qiáng)度的30%40%。由于纖維與基體復(fù)合可緩和裂紋擴(kuò)展，以及存在纖維內(nèi)

9、力再分配的可能性，復(fù)合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強(qiáng)度的70%80%，并在破壞前有變形顯著的征兆。（4）重量：約為鋼材的五分之一。碳纖維片拉伸性能二、粘結(jié)材料 粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的強(qiáng)度保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時(shí)應(yīng)有足夠的韌性，不會(huì)因混凝土開(kāi)裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞。 粘結(jié)材料是將連續(xù)纖維狀的碳纖維結(jié)合在一起，同時(shí)又與混凝土表面粘合的系列粘接材料。 主要包括三類(lèi)材料：底層涂料、整平材料和浸漬樹(shù)脂。 1底層涂料(底涂膠) 在處理好的混凝土表面上，涂一層很薄的底層膠，既可以浸入混凝土表面，強(qiáng)化混凝土表面強(qiáng)度

10、，又可以改進(jìn)膠接性能，從而使混凝土與碳纖維布之間的粘接性得以提高。 2整平材料(找平膠) 碳纖維布只有與所加固補(bǔ)強(qiáng)的混凝土表面緊密接觸，才能產(chǎn)生良好的補(bǔ)強(qiáng)效果因此。在涂敷的底層涂料指觸干燥后，必須用找平膠進(jìn)行找平，同時(shí)將矩形斷面直角打磨后補(bǔ)成圓弧狀。 3浸漬樹(shù)脂(粘貼主膠) 浸漬樹(shù)脂在粘結(jié)材料中起著至關(guān)重要的作用，它連接底膠與碳纖維布。 4防護(hù)材料(罩面膠) 罩面膠主要是為了施工表面的美觀和保護(hù)碳纖維布，防止復(fù)合材料被紫外線直接照射。它的選擇范圍較大，丙烯酸體系、聚氨脂體系、不飽和聚脂體系、有機(jī)硅、有機(jī)氟體系等都適合。三、粘貼碳纖維加固施工工藝碳纖維加固橋梁的施工工藝如下： 1.施工要求?，F(xiàn)場(chǎng)溫度低于5攝氏度及雨天或可能結(jié)露時(shí)應(yīng)停止施工。被加固橋梁構(gòu)件基面的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C15。 2.基面處理和清洗。被加固構(gòu)件混凝土表面的劣化層（如浮漿、風(fēng)化層）進(jìn)行清除和打磨?；鶎拥腻e(cuò)位與突出部分要磨平，轉(zhuǎn)角部位要做倒角處理。有裂縫的部位要采取灌注環(huán)氧樹(shù)脂做修補(bǔ)。 3.涂刷底膠。首先按比例準(zhǔn)確配置好底膠并攪拌均勻，注意一次配制量應(yīng)在可使用的時(shí)間內(nèi)用完。當(dāng)?shù)啄z硬化后，對(duì)涂抹膠面的突起部分應(yīng)用磨光機(jī)或砂紙打磨平順。底膠指觸干燥后進(jìn)入下道施工工序