碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用

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1、碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用摘要：碳纤维单向布与配套树脂材料是加固维修钢筋砼结构领域中的新材料、新工艺。在北京北四环路健翔立交桥改建中，为使原钢筋砼盖梁设计荷载由汽车—5级提高为汽车—超20级，采用了此技术进行加固补强。用此新技术、新材料加固的工作量之大在北京市政、公路工程尚属首例，同时也取得了较大的经济效益。本文对该材料性能与施工工艺等有关技术问题做一介绍。6碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用摘要：碳纤维单向布与配套树脂材料是加固维修钢筋砼结构领域中的新材料、新工艺。在北京北四环路健翔立交

2、桥改建中，为使原钢筋砼盖梁设计荷载由汽车—5级提高为汽车—超20级，采用了此技术进行加固补强。用此新技术、新材料加固的工作量之大在北京市政、公路工程尚属首例，同时也取得了较大的经济效益。本文对该材料性能与施工工艺等有关技术问题做一介绍。6关键词：碳纤维单向布　加固砼技术　应用一、概述碳纤维单向布具有高强度、高弹性模量和耐久性好等优点。应用专用的树脂和碳纤维布，按设计要求粘贴于砼表面，从而达到结构物加固补强效果。通过对梁、板、柱等进行加固前后大量对比试验，力学性能显著得到提高，据试验研究统计粘贴一层碳纤维单向布

3、的梁板，其抗弯性能可提高5～8%。此技术与其他粘钢、喷射砼等加固技术相比，具有自重小、施工简便、施工周期短和耐久性好等特点。美国、日本等国于二十世纪八十年代开始进行实验研究，目前已经大量使用此技术。据有关资料统计，仅日本1997年用于加固修复的碳纤维布使用量就达70万m2。我国近两年来，科研单位和院校在这方面的研究和应用做了大量工作，生产出一系列的碳纤维复合材料，使工程降低了费用，同时也取得了较成熟的设计方法和施工经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。二、立交桥改建工程设计简介健翔立交桥位于北京的北四环路与八

4、达岭高速路相交处，于1998年建成。桥梁上部结构为6跨、L＝18m预应力砼简支梁。中央设隔离带，两侧为双向机动车道，两外侧为非机动车道，全宽55m。随着城市交通量的增长，立交桥现有的宽度已不能满足交通量的需要，为确保四环路成为城市快速路，需将现况桥梁向南、北两侧拓宽至72m，将现两外侧的非机动车桥改建为辅路桥，并新建非机动车桥。现况桥上部结构主梁和中墩盖梁，对应机动车道部分的荷载均按汽车—超20级、挂车—120设计，而对应非机动车道的上部结构主梁和中墩盖梁荷载均按汽车—15级、挂车—80进行设计，并且改建为辅

5、路桥后要求荷载均为汽车—超20级、挂车—120。现非机动车桥的主梁拆除更换，但各中墩盖梁的机动车和非机动车中间未断开，为三跨一联的变截面普通钢筋砼连续结构。经反复核算比较，为尽量减小盖梁正负弯矩区的补强加固工作量，一方面采用了减轻桥梁自重措施，将砼桥面改为轻质(容重为19KN/m3)砼桥面，另一方面加宽中墩盖梁下墩柱宽度，盖梁的正负弯矩及剪力均相应减小，这样对应机动车部分盖梁的现钢筋配置可满足设计要求，而对应辅路(现非机动车桥)部分盖梁按现配筋其应力与设计要求相差10～15%。为节省工程投资，且根据现四环路交

6、通不允许中断的情况，经有关部门批准，确定将全桥的5排中墩盖梁的20个正负弯矩区进行补强加固处理，全桥盖梁加固面积395m2，其具体加固位置见图。三、加固方案和材料的选定1加固方案的选定各中墩盖梁原设计为隐形盖梁给加固工作带来较大的困难，最早提出采用喷射钢纤维砼和外包钢板的加固方案，因主梁梁端在跨间处距盖梁外侧面仅5cm，经计算比较与施工空间的限制上述两方案可行性较小，最后确定选用碳纤维复合材料进行补强加固。碳纤维布的极限抗拉强度高于普通钢筋的10倍以上，而弹性模量也与钢筋相近，较适合于钢筋砼结构的补强加固工

7、程。另外施工简便，适用于要求施工周期短的加固工程。26材料的选定近二、三年来，我国引进了美国、日本生产的碳纤维复合材料，进行了一些工程的加固，并取得了较好效益，但费用高影响推广应用。近期由于国产化系列的碳纤维复合材料的出现，为该工程材料的选用奠定了基础。经比较采用北京铁华大众科技发展有限公司的碳纤维布和配套树脂，其中碳纤维布采用的是国外进口优质丝，质量可靠稳定，费用较低。产品通过国家级质检部门的严格检验，各项性能指标已达到国外同类产品的水平。下面是碳纤维单向布和配套树脂的规格及与日本同类产品(日铁系列指标)

8、性能对比结果(见表1～5)。碳纤维单向布性能对比表2碳纤维单向布的规格表1CFC日铁FTS测试方法牌号单位面积碳纤维布的质量g/m2拉伸强度MPa3730393040503400非标CFC20200±10拉伸模量GPa235230非标CFC25250±10抗剪强度MPa114非标CFC—30300±10粘结强度MPa256JISK54006注：用于加固补强表面处