既有桥梁立柱碳纤维粘帖加固施工技术

摘要：公路桥梁在通车运营多年后，由于长期受到超负荷交通量及超载重车的影响，一些桥梁的立柱会产生细微裂缝，导致强度下降，需要进行加固，结合浙江绍兴杨江公路桥梁立柱加固工程，介绍运用碳纤维粘贴加固施工技术措施。
关键词：立柱；碳纤维；粘贴加固；施工
中国分类号：TH17 文献标识码：A
 
近年来，利用碳纤维加固钢筋混凝土构件在土木工程中应用极为广泛，它粘贴在混凝土构件外表面，不会破坏原有的结构形式，可提高混凝土构件截面的抗弯、抗剪、抗压强度，并对裂缝的产生和发展有一定的约束作用，加固效果良好。笔者就浙江绍兴杨江公路桥梁立柱加固工程应用碳纤维粘贴技术作一介绍。
1 概况
浙江绍兴杨江公路全长6.58km，有大中桥5座，其中唐家桥、邵家畈桥两桥部分立柱，由于长期超负荷运行，已引起不规则连续状裂缝，缝宽0.1-0.2mm，见表1。
2 加固方案
2.1  加固原理
碳纤维粘贴加固就是将碳纤维片用专门配制的环氧树脂粘贴在结构受拉面，树脂固化后与原结构形成新的受力复合体，碳纤维片即可与钢筋共同受力。由于碳纤维片分担了荷载，就降低了钢筋的应力，从而使结构得到加固补强。
2.2  计算原理
根据《混凝土结构加固设计规范》中关于混凝土桩采用环向围束的轴心受压构件，其正截面承载力计算公式为：N≤0.9[(f_c0+4σ_l)A_cor+f′_yoA′_so]， σ_l =0.5β_ck_cρ_fE_fε_fe，其环向约束碳纤维复合材料后，受压混凝土应力的提高值为Δσ，计算公式为：Δσ=4σ_l=4×0.5β_ck_cρ_fE_fε_fe，式中：
N——轴向压力设计值
f_c0——原构件混凝土轴心设计强度
σ_l——有效约束应力
A_cor——环向约束内混凝土面积
β_c——混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于C50时，取1.0
k_c——环向围束的有效约束系数，圆形截面取0.95
ρ_f——环向围束体积比，ρ_f=4n_ft_f/D
n_f——碳纤维层数
t_f——碳纤维每层厚度
D——圆截面直径
E_f——碳纤维弹性模量
ε_fe——碳纤维有效拉极限应变设计值：重要构件取0.0035，一般构件取0.0045
立柱直径1200mm，碳纤维300g/m²，厚度为0.167mm，弹性模量230GPa，综上可得立柱混凝土设计强度提高值为：Δσ=4σ_l=4×0.5β_ck_cρ_fE_fε_fe=4×0.5×1.0×0.95×4n_f×0.167×230000×0.0035/1200=0.85 n_f
2.3  计算结果见表1。
表1 碳纤维片补强计算结果

桥名	立柱编号	回弹检测强度（MPa）	裂缝宽 （mm）	加固层数	每层强度提高值（MPa）	加固后立柱强度（MPa）
唐家桥	2-3	22.50	0.10-0.16	三层	0.85	25.05
	2-4	22.30	0.15-0.18	四层	0.85	25.70
	3-5	21.50	0.10-0.13	五层	0.85	25.75
邵家畈桥	2-4	22.35	0.15-0.19	四层	0.85	25.75
	3-5	21.85	0.11-0.19	五层	0.85	26.10

3  施工准备
准备好符合材料，清理施工现场，机具进行安装和调试。
4  施工步骤
4.1  立柱表面混凝土打磨
将立柱表面打磨平整，清洗干净，并使其充分干燥。表面要尽量平顺，每2m长度内段差需小于10mm。
4.2  涂刷底涂树脂
把底涂树脂的主剂和固化剂按2:1的比例称量准确后放入容器拌合均匀，一次调和量应以在可使用时间（一般半小时内）用完为准。用滚筒刷均匀的涂抹底涂树脂。底涂应刷均匀，不得漏涂。
4.3  环氧腻子找平
立柱表面凹陷部位用环氧腻子填平，至表面平整。要在气温5℃以上，相对湿度＜85%的条件下施工。
4.4  碳纤维片粘贴
为防止碳纤维受损，在碳纤维片材运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受到弯折。因此，贴片前应用钢直尺与壁纸刀切断碳纤维片，每段长度一般不超过6m为宜。要使用更长的片材时，除精心防止弯折外，对脱泡、渗浸过程要加倍认真操作。片材的裁切数量应按当天的用量裁切。将粘结树脂的主剂和固化剂按2:1的比例称量准确，均匀搅拌，一次调和量应以在可使用（一般半小时内）用完为准。贴片前用滚筒刷均匀的涂刷粘贴用环氧树脂，称为下涂。贴片时，在碳纤维片和树脂之间不应有空气，可以用专用工具沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使树脂渗浸到碳纤维中。碳纤维片施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂刷粘结树脂，称为上涂。检查碳纤维片的粘贴状态，排除空鼓，每层树脂的涂刷都须在前一层树脂达到指触干燥的状态下进行，需粘贴2层以上碳纤维片时，重复上述步骤。
4.5  养护
粘贴碳纤维片后，先需自然养护24小时达到固化。达到设计强度所需时间，一般需1~2周，在此期间应防止贴片部分受到硬性冲击。
4.6  外涂
最后进行外涂装的粉刷，以保持和原立柱颜色一致。
5  结语
唐家桥、邵家畈桥部分立柱加固工程用时短，工效高，且未影响公路车辆正常通行，加固效果良好。
参考文献：
[1]  GB50367—2006，混凝土结构加固设计规范[S].
[2]  CECS146.2003，碳纤维片材加固混凝土技术规程[S].
[3]  JTG/T J23—2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

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