碳纖維布加固橋梁受力分析
碳纖維布新材料的發(fā)現(xiàn)是土木工程發(fā)展新的推動(dòng)力，碳纖維布加固法也被視為梁式橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時(shí)的優(yōu)選加固方法，其施工工藝亦較簡(jiǎn)單。今天，我們就來(lái)探討一下碳纖維布加固橋梁受力的特點(diǎn)。
1.將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上,使其與原結(jié)構(gòu)布置的鋼筋一道共同承受拉力,以提高舊橋的承載能力。與其他加固方法相比，碳纖維布保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力,且改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布程度小。
2.沿橋梁的主拉應(yīng)力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布,兩端分別設(shè)置錨固端,可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫擴(kuò)大,提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)。
3.應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理使用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁式橋,因碳纖維布在加固混凝土構(gòu)件時(shí),在提高受彎承載力的同時(shí)還影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當(dāng)碳纖維布用量過(guò)多時(shí),構(gòu)件的破壞形態(tài)由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐?。還因碳纖維為完全彈性材料,它與鋼筋共同工作會(huì)減弱鋼筋塑性性能,碳纖維布用量過(guò)多,構(gòu)件延性將有所降低。
4.碳纖維布加固后橋梁結(jié)構(gòu)物后破壞形式變化為突然性(拉斷或剝離等脆性破壞),其承載力極限狀態(tài)應(yīng)按碳纖維抗拉強(qiáng)度的2/3進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算,不能按普通鋼筋混凝土考慮。
5.碳纖維布可提高混凝土梁抗剪承載力,其作用機(jī)理類(lèi)似箍筋,同時(shí)還能明顯改善構(gòu)件的變形性能,增強(qiáng)構(gòu)件的變形能力。

碳纖維布加固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在哪？
碳纖維布加固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
在我國(guó)，各類(lèi)橋梁及房屋建筑結(jié)構(gòu)的維修、加固、改造已經(jīng)成為建設(shè)工程的側(cè)重點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)常用的加固方法主要有纖維布復(fù)合材料加固、粘鋼板、擴(kuò)大截面等方法，其中FRP復(fù)合材料加固法具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，并且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，在結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。在目前的FRP材料加固市場(chǎng)中，碳纖維占的比例多。
碳纖維布纖維方向分為單向和雙向2種，其中以單向布應(yīng)用為主。碳纖維布具有高的強(qiáng)度重量比和剛度重量比率、良好的抗疲勞性及高的耐久性、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。碳纖維布加固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：高強(qiáng)高效，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；基本不改變?cè)Y(jié)構(gòu)外觀，不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)造成損害；運(yùn)輸儲(chǔ)存、施工更方便、快捷，容易保證施工質(zhì)量而且后期維護(hù)費(fèi)用低；其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在耐候性、腐蝕性以及抗疲勞性能等方面更加突出。但應(yīng)用此法進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)充分考慮纖維的方向布置，合理的材料連接方式、連接尺寸、連接位置粘結(jié)材料的性能指標(biāo)。尤其是施工過(guò)程的質(zhì)量控制，一定要按正常的施工程序進(jìn)行，否則會(huì)影響加固效果。
碳纖維布施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)：
1.施工宜在5℃以上環(huán)境溫度條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹(shù)脂的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)使用適用于低溫的配套樹(shù)脂或采用升溫處理措施。
2.在表面處理和粘貼碳纖維布前，應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。
3.樹(shù)脂配制時(shí)應(yīng)按產(chǎn)品使用說(shuō)明規(guī)定的配比稱量置于容器中，用攪拌器均勻攪拌至色澤均勻。攪拌所用的容器內(nèi)不得有油污及雜質(zhì)。宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度決定樹(shù)脂的每次拌合量，并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。
4.粘貼前板底首先要打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出結(jié)構(gòu)新面，混凝土表面應(yīng)清理干凈并保持干燥；鋼筋露出部位須做防銹處理，如損壞程度嚴(yán)重，須采取其它措施，以確保安全；轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。
5.按比例準(zhǔn)確配制好底膠并攪拌均勻，注意一次調(diào)和量在可使用時(shí)間內(nèi)用完，超過(guò)時(shí)間的不能使用，以確保粘接質(zhì)量；底膠硬化后，在表面有凸起部分時(shí)，要用磨光機(jī)或砂紙打光。
6.粘貼碳纖維布時(shí)要從中間向兩側(cè)進(jìn)行粘貼，可避免施工時(shí)產(chǎn)生氣泡影響加固效果。
7.碳纖維布配套樹(shù)脂的原料應(yīng)密封儲(chǔ)存，遠(yuǎn)離火源，避免陽(yáng)光直接照射。
8.樹(shù)脂的配置和使用場(chǎng)所，應(yīng)保持通風(fēng)良好，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)根據(jù)使用樹(shù)脂材料采取相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)措施。
9.涂刷碳纖維漆必須等樹(shù)脂初期硬化后再施做，如表面上仍有不平，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿作細(xì)部找平后再涂刷碳纖維漆。
10.碳纖維布的施工應(yīng)由熟悉施工工藝的專業(yè)施工隊(duì)伍完成，并應(yīng)精心組織、精心施工。

如何處理碳纖維布加固空鼓問(wèn)題：
相信做工程的都知道，粘貼碳纖維布加固時(shí)出現(xiàn)空鼓問(wèn)題是再平常不過(guò)的事情。但是大家有沒(méi)有去系統(tǒng)分析總結(jié)下，引起空鼓的可能原因有哪些呢？
一般情況下，我們經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為引起空鼓的原因主要有以下五個(gè)方面：
1. 粘貼前對(duì)混凝土打磨不平整；
2. 碳布粘貼不平整，刮板在刮布時(shí)沒(méi)有把空氣完全排出；
3. 刷碳纖維膠時(shí)厚薄不一；
4. 碳布粘貼完成后，面膠涂刷不均勻；
5. 碳纖維布的質(zhì)量問(wèn)題，如太硬，織造不緊密等。
我們知道了碳纖維布起氣泡空鼓的原因，就可以對(duì)癥下藥、做出處理。大部分情況的空鼓都是由于刷膠不均勻，導(dǎo)致空氣沒(méi)有完全被排出引起的，這樣我們可以根據(jù)空鼓的面積大小采用不同的解決方法。如果空鼓面積大，可以把空鼓的地方割掉，注意被切掉部分需要鑿毛，再采用修補(bǔ)膠修補(bǔ)平整，以免粘貼上去還有可能空鼓，然后進(jìn)行碳纖維布的粘貼，搭接時(shí)要至少搭接20公分以上;刮板在刮布時(shí)要來(lái)回滾壓，確?？諝馔耆懦?面膠要均勻涂刷。第二，如果是小面積空鼓可用針頭注射，要是針頭注射不進(jìn)去，也可以采用本方法，不過(guò)這種方法一般較少采用。

碳纖維布（CFRP）加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。
工藝原理
加固機(jī)理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類(lèi)粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體，使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋共同作用，增大了結(jié)構(gòu)抗拉及抗剪能力，可有效提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，延性及抗裂性。利用碳纖維布良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
材料
CFRP加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維布與粘貼用樹(shù)脂。
1、碳纖維布的抗拉強(qiáng)度應(yīng)按纖維的凈截面面積計(jì)算，凈截面面積取碳纖維布的計(jì)算厚度乘以寬度。碳纖維布的計(jì)算厚度取碳纖維布的單位面積質(zhì)量除以碳纖維密度。單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量不宜低于150g/㎡，且不宜高于450g/㎡。在施工質(zhì)量有可靠保證時(shí)，單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量可提高到600g/㎡。
2、粘結(jié)劑要有足夠的粘結(jié)性能，工藝過(guò)程中各部位所使用的環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)材料的種類(lèi)、型號(hào)，應(yīng)根據(jù)施工時(shí)的溫度、濕度進(jìn)行選擇。應(yīng)正確掌握主劑和固化劑的配比，使?jié)B透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節(jié)施工的需要。采用碳纖維片材對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固時(shí)，應(yīng)采用與碳纖維片材配套的底層樹(shù)脂、找平材料、浸漬樹(shù)脂或粘結(jié)樹(shù)脂。
3、在受彎加固和受剪加固時(shí)，被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不得低于1.5MPa。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C10。
4、主要機(jī)具：角向磨光機(jī)、砂紙、剪刀、鑿子、榔頭、臺(tái)秤、卷尺、水平儀、鉛錘、滾筒、刮板、攪拌容器、橡膠抹子、滾洞刷子、攪拌器、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、口罩等。
特點(diǎn)
1、材料高強(qiáng)高效，便于加工成多種尺寸，適用面廣，質(zhì)量易保證。
2、施工便捷，工效高，沒(méi)有濕作業(yè)，不需現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，施工占用場(chǎng)地少。
3、耐腐蝕及耐久性能。
4、自重較輕，加固修補(bǔ)后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。
適用范圍
1、適用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。
2、基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15，長(zhǎng)期使用的環(huán)境溫度不高于60℃的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，都可采用碳纖維加固施工工法加固、補(bǔ)強(qiáng)。
施工準(zhǔn)備
1、應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)施工圖。在進(jìn)行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布前，應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。
2、應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和加固構(gòu)件混凝土的補(bǔ)強(qiáng)荷載要求，制定相應(yīng)施工方案和施工計(jì)劃。
3、應(yīng)對(duì)所使用的碳纖維布、配套樹(shù)脂、機(jī)具等做好施工前的物質(zhì)準(zhǔn)備工作。
4、進(jìn)場(chǎng)后的碳纖維布、配套樹(shù)脂應(yīng)抽樣送檢，合格后方可施工。
5、施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹(shù)脂要求的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)采用適用于低溫環(huán)境的配套樹(shù)脂或采取升溫措施。
工藝流程及操作要求
工藝流程為卸荷→構(gòu)件表面處理→涂底膠→找平→粘貼→保護(hù)。
1、卸荷：加固前應(yīng)對(duì)所加固的構(gòu)件盡可能卸荷。
2、構(gòu)件表面處理
2.1 將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈并達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。
2.2 檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，需進(jìn)行必要處理。
2.3 對(duì)經(jīng)過(guò)剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，用高于原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原、達(dá)到表面平整。
2.4 應(yīng)按設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿或封閉處理：縫寬小于0.20mm 的裂縫，用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面涂抹密閉；大于或等于0.20mm 的裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫。
2.5 對(duì)貼片范圍的定位、劃墨線、按修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。
2.6 被粘貼的混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面。轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)角處理并打磨加以圓化。圓化半徑對(duì)于梁不應(yīng)小于20mm；對(duì)于柱不應(yīng)小于25mm。
2.7 清洗打磨過(guò)的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。
3、涂底膠
3.1 按主劑∶固化劑=2∶1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計(jì)量，電動(dòng)攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。一般情況下1h內(nèi)用完。
3.2 用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn)）再進(jìn)行下一工序的施工。一般固化時(shí)間為2～3d。
4、找平
4.1 混凝土表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)平整，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位也應(yīng)填補(bǔ)，盡量減小高度差，再用砂紙打磨平整。
4.2 轉(zhuǎn)角處也修補(bǔ)成光滑的圓弧且半徑不小于10mm。在找平材料表面指觸干燥后，進(jìn)行下一工序的施工。
5、粘貼
5.1 按設(shè)計(jì)要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長(zhǎng)度一般應(yīng)在3m之內(nèi)。
5.2 調(diào)配、攪拌粘貼材料浸漬樹(shù)脂，均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些。
5.3 粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無(wú)誤后剝?nèi)ルx型紙，用特制滾子反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使浸漬樹(shù)脂充分浸透碳纖維布。多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥方可進(jìn)行下一層的粘貼。
5.4 在后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹(shù)脂。
5.5 碳纖維布沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。
6、保護(hù)：加固后的碳纖維表面應(yīng)進(jìn)行抹灰保護(hù)。在碳纖維表面的樹(shù)脂固化之前，撒一層干燥粗砂，再采取抹灰措施。當(dāng)設(shè)計(jì)有耐火極限的要求時(shí)，按選用的防火涂料進(jìn)行施工，并保證防護(hù)材料與碳纖維片材之間有可靠的粘結(jié)。
注意事項(xiàng)
采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)由專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。
施工過(guò)程中應(yīng)避免碳纖維片材彎折。