1、引言
近年來，我國交通運輸事業(yè)迅速發(fā)展，許多現(xiàn)有橋梁已不能適應現(xiàn)代交通的需要，這些問題不僅會影響到橋梁的正常使用，嚴重的還會給國家和人民的生命財產造成威脅。因此，如何采用最經濟、合理的加固方案對現(xiàn)有舊橋進行加固，以使其滿足現(xiàn)行橋梁設計規(guī)范要求，一直是擺在橋梁和材料科學研究人員面前的一個課題。目前，關于混凝土橋梁的加固方法主要有：①非結構性加固，如對裂縫進行封閉或壓漿處理等；②結構性加固，如采用體外預應力在結構的受拉區(qū)粘貼鋼板、增設支撐加大截面等，但這些加固方法工期較長、施工復雜，有的還需要定期養(yǎng)護。最近幾年迅速發(fā)展的碳纖維復合材料（CFRP）加固技術，使舊橋加固發(fā)生了根本性的變化。
2、碳纖維布加固技術
2.1碳纖維材料的特點
碳纖維材料是一種新型的高強材料，最早應用于航空航天等高科技領域，國內近年來才在土木工程中得到應用與發(fā)展。作為一種新型高效的加固技術，碳纖維加固技術具有如下特點：
1）與傳統(tǒng)的其他加固方法相比，采用碳纖維布加固法不增加恒載及斷面尺寸，不影響結構的外觀，不減小橋下凈空；
2）該法施工簡便，操作簡單，可適應不同構件形狀，具有隨型性的特點；
3）通過環(huán)氧樹脂等材料與結構有效粘結，不需設置錨固螺栓等，不損傷原有結構；
4）能有效地封閉混凝土表面的裂縫，提高混凝土構件的整體剛度；
5）碳纖維布具有優(yōu)良的耐化學腐蝕性，應用于經常受鹽害侵蝕等腐蝕性環(huán)境時仍有較長的壽命；
6）采用碳纖維布加固混凝土構件時，可根據受力需要計算出粘貼層數。
2.2碳纖維加固工藝流程及要點
碳纖維加固結構技術是利用碳纖維材料的特性，將碳纖維布粘貼在結構表面，從而起到對結構的加強作用，其具體工藝流程如下。
2.2.1施工前的準備工作
由于碳纖維用膠最適宜的溫度在20～25℃，施工前，每天測量氣溫3次，視氣溫高低，適當調整施工日期。開始施工時，必須先將混凝土表面用砂輪打磨平整，凹陷、缺損處用修補膠補平，U形箍的轉角處打磨成R≥20 mm，裂縫須注入環(huán)氧樹脂進行修補，然后用無水酒精或丙酮沖洗混凝土表面，除去表面的粉塵，待表面干燥后方可涂刷粘貼劑。
2.2.2粘貼碳纖維布
混凝土表面干燥后，用滾筒或刷子均勻地將粘貼劑涂在混凝土上，粘貼面必須平整、光滑，待粘貼面干燥后方可在其上粘貼碳纖維布。粘貼碳纖維布時，必須兩人密切配合，一人拉緊碳纖維布，一人用刮板從一側邊刮邊貼，保證不留氣泡，粘貼緊密。由于荷載主要是通過搭接區(qū)傳遞的，所以應注意搭接區(qū)粘貼，做好標記，保證搭接長度≥15 mm。碳纖維布粘貼好以后，至少要放置30 min，以保證環(huán)氧樹脂的充分滲透。
2.2.3養(yǎng)護工作
碳纖維布粘貼好后，用聚乙烯板等進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間要≥48 h，養(yǎng)護過程中注意不要與施工面接觸。為了保證耐久性，可在表面再涂刷一道粘結樹脂、粉刷20 mm厚的M15水泥砂漿或噴砂保護，并且力求外觀顏色與原有梁體混凝土顏色一致。
3、工程實例
3.1工程概況
廣州港務局西基橋建于1985年，全橋長143.5m，設計活載為汽車-15級，掛車-80。橋面總寬9m，按兩車道設計。橋面兩側各設寬1 m的人行道，人行道下布置水管及高、低壓電纜。上部結構由3聯(lián)連續(xù)板梁組成，各跨跨度均為8 m，共17跨。主梁為空心板梁，沿縱向分為3塊，施工時由濕接縫連接。橋墩采用排架墩形式，大部分橋墩由兩根樁組成，在各聯(lián)內有一制動墩，由4根斜樁組成。墩身樁截面為寬50cm的正方形。樁與梁體固結形成連續(xù)剛構。該橋立面布置見圖1。
西基橋建成后，隨著時間的延續(xù)及港務局的不斷發(fā)展，通行于西基橋上的車輛軸重已經遠遠大于橋梁設計活載汽車-15、掛車-80等級，大橋各部位均出現(xiàn)程度不同的損傷，為了確保橋梁的安全使用及港口的運輸，課題組在對該橋進行了現(xiàn)狀評估、極限荷載確定試驗與研究的基礎上，得出必須對其進行加固處理的結論，詳細內容見文獻。
3.2碳纖維加固處理方案
西基橋梁部為鋼筋混凝土結構，經檢測：幾乎每孔梁跨底面均出現(xiàn)了橫橋向分布的裂縫，有的裂縫長達2 m左右，甚至貫通二塊橋面板，裂縫寬度在0.2mm左右。裂縫主要分布在靠近跨中的一段區(qū)域內，屬于典型的梁底下緣受拉裂縫；部分帽梁底面出現(xiàn)了類似梁跨底面的受拉裂縫。出現(xiàn)此類裂縫是由于：①梁部和帽梁均為鋼筋混凝土結構，在使用過程中出現(xiàn)此類裂縫不可避免；②西基橋設計活載等級為汽車-15級，而實際運營活載已遠超過此等級，這是引起此類裂縫寬度較寬的直接原因?？紤]到不中斷運營以及施工工藝盡量簡單等因素，采用碳纖維布加固法對橋跨結構及帽梁進行加固。
3.2.1加固設計
在碳纖維布加固設計中，假定：①受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計；②梁受彎時，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定；③碳纖維材料采用線彈性應力----應變關系：σсƒ=Eсƒ×εсƒ。
參考相關資料，加固方案中碳纖維布所需用量采用下列公式進行計算：
式中：△M——提載前后的彎矩增加量；
rs——鋼筋安全系數；
Rg——鋼筋抗拉設計強度；
Ag——加固補強所需鋼筋面積；
h——截面高度；
x——混凝土受壓區(qū)高度。
從而可計算得到所需碳纖維布（規(guī)格見表1）截面面積：
Acf=Ag（Rg／Rcf）
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式中：Acf——所需碳纖維布截面積；
Rcf——碳纖維布抗拉設計強度。
3.2.2加固施工
在確定了加固部位及計算出所需碳纖維布面積之后，按前述施工流程及注意事項組織人員精心施工。為確保施工質量，每天施工結束前必須對粘貼部位進行檢查，若發(fā)現(xiàn)局部空鼓現(xiàn)象，要注膠修補，嚴重的必須重新粘貼。加固后的橋跨及帽梁布置圖分別見圖2和圖3。
4、結語
由于橋梁設計過程中受遠期規(guī)劃、施工等因素的影響，目前國內許多現(xiàn)有橋梁已不能滿足使用要求，需要進行現(xiàn)狀評估、加固處理等。本文在對西基橋整體性能進行了現(xiàn)狀評估的基礎上，提出對該橋跨結構及帽梁進行碳纖維加固處理的方案，既不影響水陸交通，又節(jié)約了施工周期。實踐證明，碳纖維布加固橋梁工程的優(yōu)越性是非常明顯的，在土木工程加固補強中具有廣泛的應用前景。
