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1 引言
舊橋加固改造工程同其它任何事情一樣，有其內(nèi)在的規(guī)律，在做某座橋梁的具體加固設(shè)計(jì)時(shí)都有一定的技巧，都要遵循一定的步驟，同時(shí)又極具創(chuàng)造性。所以，我們應(yīng)通過創(chuàng)造性的工作去盡力解決舊、危橋的加固改造工作。盡管每座橋梁的修復(fù)工程具有各自的特點(diǎn)，但存在可進(jìn)行比較、評(píng)價(jià)的一般性概念，以決定采用最實(shí)用的技術(shù)。由于這些特點(diǎn)，總是需要在橋梁修復(fù)工程中進(jìn)行創(chuàng)造性的思考和技術(shù)革新。新的材料和技術(shù)的不斷發(fā)展，又提供了更有效、更耐久的維修方法。為此，工程界需要新興的、科技含量較高的加固技術(shù)。粘貼碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項(xiàng)新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù),可在環(huán)境可惡劣的情況下使用,養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便.阻礙該技術(shù)推廣的主要因素是耐久性問題.
提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的常用方法有：增大構(gòu)件截面,表面粘貼加固,施加體外預(yù)應(yīng)力,增設(shè)受力構(gòu)件及改變結(jié)構(gòu)體系等,其中前3種方法在工程實(shí)踐中最為常見。施加體外預(yù)應(yīng)力法是一種可靠的加固方法,能夠較大幅度地提高橋梁承載能力及剛度,但施工工藝要求高、施工難度大；增大構(gòu)件截面法在小跨徑梁板橋、拱橋及少量構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)等的應(yīng)用中也可以獲得良好的加固效果；大多數(shù)情況下,采用表面粘貼加固的方法能夠滿足橋梁加固的要求,與上述方法相比,具有施工簡(jiǎn)便快速、不增加(或很少增加)結(jié)構(gòu)自重以及適用范圍大、對(duì)環(huán)境干擾少等優(yōu)點(diǎn)。
粘貼加固方法即采用化學(xué)粘結(jié)劑將補(bǔ)強(qiáng)材料直接粘貼在混凝土構(gòu)件表面,使之與構(gòu)件形成受力整體,以提高結(jié)構(gòu)承載力的一種加固方法。近十幾年來,粘貼加固技術(shù)在國(guó)際上的研究與應(yīng)用發(fā)展迅速,從傳統(tǒng)的粘貼鋼板的應(yīng)用研究正朝著粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)的研究應(yīng)用方向快速發(fā)展,我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究與應(yīng)用也已積累了大量的經(jīng)驗(yàn)與成果。
2 粘貼鋼板加固技術(shù)
粘鋼加固技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代末70年代初,法國(guó)、南非等國(guó)家首先采用該技術(shù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng),隨后瑞士、日本、英國(guó)等國(guó)家相繼采用,其中日本在1975年應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)先后對(duì)200多座橋梁進(jìn)行了加固,以提高結(jié)構(gòu)承受重型交通荷載的能力,取得了較好的效果。實(shí)踐證明,采用粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)的方法能有效提高結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪及抗開裂性能。而正是由于該加固技術(shù)不改變結(jié)構(gòu)外形等特點(diǎn),在許多情況下替代了增大截面加固技術(shù),成為20世紀(jì)80年代的一種先進(jìn)加固方法,為設(shè)計(jì)人員所普遍采用。我國(guó)20世紀(jì)90年代初的中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》(CECS 25∶90)及交通部頒布的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ073-96)都將此項(xiàng)技術(shù)列入推廣。在這一領(lǐng)域,我國(guó)于20世紀(jì)80年代初就開始研制自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)粘貼用膠,加固材料的國(guó)產(chǎn)化大大降低了加固成本,有力地促進(jìn)了粘貼鋼板技術(shù)的發(fā)展。到目前為止,粘貼鋼板加固法仍是混凝土橋梁加固的首選方法。
2.1外部粘鋼加固法工藝介紹
1、外部粘鋼加固技術(shù)是將強(qiáng)度高的鋼板粘貼于被加固的構(gòu)件，使鋼板和混凝土形成一個(gè)新的整體，從而有效提高構(gòu)件的剛度和抗裂性，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于構(gòu)件的抗彎抗剪，抗壓加固。
2、外部粘鋼加固使原結(jié)構(gòu)自重增加極微，不需要基礎(chǔ)等下部結(jié)構(gòu)的連鎖加固或補(bǔ)強(qiáng)，結(jié)構(gòu)截面變化甚小，不改變?cè)�結(jié)構(gòu)的形式，可以基本達(dá)到原結(jié)構(gòu)的外觀要求。
3、施工周期短，一般24小時(shí)可拆模，72小時(shí)可正常使用。施工時(shí)幾乎不影響正常的生產(chǎn)或營(yíng)業(yè)，特別對(duì)不能停產(chǎn)停業(yè)的單位，施工效果更佳，綜合經(jīng)濟(jì)效益更高。
4、該技術(shù)于1983年通過了中國(guó)科學(xué)院與中國(guó)城市建設(shè)環(huán)境保護(hù)聯(lián)合鑒定，并已列為我國(guó)CECS25：90標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》。
5、工藝簡(jiǎn)單流程如下：
表面處理→結(jié)構(gòu)膠配制→涂敷膠→粘貼→固定、加壓→固化→卸支撐檢驗(yàn)→防腐處理
6、應(yīng)用范圍：
（1）、因混凝土等級(jí)偏低。
（2）、結(jié)構(gòu)受力鋼筋配置不足或漏配。
（3）、因施工原因造成結(jié)構(gòu)達(dá)不到原設(shè)計(jì)的承載能力。
（4）、使用不當(dāng)或非人力的原因造成結(jié)構(gòu)承載能力的降低或變形過大，裂縫寬度超過允許值。
（5）、結(jié)構(gòu)在使用中遇到有害介質(zhì)使鋼筋因腐蝕而截面減少，混凝土大量剝落影響正常使用。
（6）、由于使用要求改變，如加層、設(shè)備改變等致使結(jié)構(gòu)超載需加固、補(bǔ)強(qiáng)或需提高原結(jié)構(gòu)的承載能力，構(gòu)造物超齡使用而需加固等。
隨著對(duì)此項(xiàng)技術(shù)研究應(yīng)用的不斷深入,該方法的一些不足逐漸暴露了出來。首先,鋼板因遭受污染大氣侵蝕等原因造成各種化學(xué)腐蝕而影響其加固效果,這使得后期的養(yǎng)護(hù)維修問題變得異常突出；再就是研究發(fā)現(xiàn),粘貼鋼板結(jié)構(gòu)在承受長(zhǎng)期動(dòng)載下的抗疲勞性能不甚理想,這是由于鋼板剛度較大,施工時(shí)的誤差等原因使得結(jié)構(gòu)使用中容易在粘結(jié)面上發(fā)生剝離脫空,特別是鋼板端部更易發(fā)生剝離破壞,加固設(shè)計(jì)時(shí)一般需附加螺栓加以輔助錨固,這從一定程度上增加了施工難度并對(duì)原結(jié)構(gòu)造成一定程度的損傷。
3 粘貼FRP加固技術(shù)的研究應(yīng)用
纖維增強(qiáng)塑料（FRP）加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外土木工程領(lǐng)域研究、開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，并已得到廣泛的應(yīng)用。通常做法是利用環(huán)氧樹脂膠把纖維布或板粘貼在混凝土表面以提高其承載能力和變形能力。近年來有學(xué)者提出一些新的加固方法，如嵌入式加固法（NSM）和快速鉚固法，前者仍屬于粘貼類型加固方法。本文著重介紹了后一種加固方法，總結(jié)了相關(guān)參數(shù)對(duì)加固結(jié)構(gòu)抗彎承載力的影響，指出了這種加固方法存在的一些問題。
近年來，纖維類材料在土木工程中的應(yīng)用一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已開發(fā)出來了多種高科技纖維材料，如玻璃鋼（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）就是其中的一種。在所有的這些纖維材料中，碳纖維材料是迄今為止應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域最早、技術(shù)最成熟，也是用量最大的一種高科技材料。隨著碳纖維材料被應(yīng)用于建筑業(yè)，碳纖維布（CFRP）加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)隨之出現(xiàn)。
   近十幾年來，國(guó)內(nèi)外的碳纖維及其復(fù)合材料工業(yè)處于高速發(fā)展階段，碳纖維及其復(fù)合材料的力學(xué)性能取得突破性進(jìn)展，生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)效率明顯提高，產(chǎn)品成本穩(wěn)中有降。
而且碳纖維的抗拉強(qiáng)度和延伸率不斷提高，抗拉強(qiáng)度達(dá)到7000Mpa以上，延伸率從1.0%左右提高到2.0%左右，最高者為2.4%，從而使碳纖維復(fù)合材料可以用于主承力結(jié)構(gòu)。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以連續(xù)纖維浸漬在用于粘合纖維的聚合物中硬化后形成的。目前結(jié)構(gòu)工程中常用的FRP材料主要是樹脂基體的玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)等3種；FRP產(chǎn)品在外形上大概分為筋、片材、管材、型材等幾種。各種FRP材料的力學(xué)性能參數(shù)變化范圍很大,但都具有一些共同性質(zhì)：高的強(qiáng)度重量比和剛度重量比率、拉斷前為彈性、熱膨脹系數(shù)低、各向異性、輕質(zhì)、耐腐、無磁、良好的抗疲勞性及高的耐久性等。由于這些性質(zhì)以及其產(chǎn)品應(yīng)用于工程中可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便及使用維護(hù)成本低等特點(diǎn),使得FRP現(xiàn)在已成為國(guó)內(nèi)外土木工程界中研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。FRP產(chǎn)品在土木工程中的應(yīng)用可以分為2類：(1)用于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的修復(fù)和加固；(2)直接用于增強(qiáng)新建結(jié)構(gòu)。它們?cè)诠こ讨谐晒��?yīng)用的基礎(chǔ)是新的復(fù)合結(jié)構(gòu)的概念和體系,并與傳統(tǒng)材料如鋼、混凝土結(jié)合起來,充分發(fā)揮了各自材料的優(yōu)點(diǎn)。
3.1  FRP加固技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介
碳纖維作為一種高科技材料,最早主要應(yīng)用于航空、軍事等領(lǐng)域,以后逐漸發(fā)展到船舶、汽車及體育用品等領(lǐng)域。自20世紀(jì)80年代后期開始,歐洲一些國(guó)家以及美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)一直在開展FRP加固結(jié)構(gòu)技術(shù)研究工作并進(jìn)行了大量的工程實(shí)例應(yīng)用,各國(guó)的混凝土研究或管理機(jī)構(gòu)相應(yīng)制定了有關(guān)FRP加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工等方面的規(guī)范、規(guī)程、指南等。CFRP以其優(yōu)異的物理力學(xué)性能而在FRP材料中備受推崇,并日益得到更廣泛的應(yīng)用。
我國(guó)在這一領(lǐng)域自20世紀(jì)90年代中期起步,業(yè)已取得了大量研究成果,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在編制中,其中《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》已于2001年完成報(bào)批稿,《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》和《片材加固修復(fù)結(jié)構(gòu)用粘結(jié)樹脂》兩項(xiàng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見稿,《高性能纖維復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》及《公路混凝土橋梁的加固技術(shù)規(guī)程(討論稿)》也正在編制中。目前,FRP產(chǎn)品在我國(guó)的應(yīng)用大多在工業(yè)與民用建筑物結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)中,這與其他國(guó)家不同。例如在日本,1987年~2000年共計(jì)應(yīng)用CFRP600余萬m2,其中41%的數(shù)量應(yīng)用于橋梁的加固補(bǔ)強(qiáng),其他國(guó)家應(yīng)用FRP加固補(bǔ)強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的數(shù)量也很大。我國(guó)近幾年在FRP加固補(bǔ)強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)方面的研究應(yīng)用正在加快發(fā)展步伐。
粘貼碳纖維加固法工藝介紹：
1、碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是采用配套膠粘劑將碳纖維布粘貼于混凝土表面，起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固的作用。
2、碳纖維是高科技材料，最早使用于航天工業(yè)領(lǐng)域，碳纖維加固技術(shù)具有高強(qiáng)高效，適用范圍廣，不增加構(gòu)件自重和體積，耐腐蝕性好等優(yōu)勢(shì)。
3、應(yīng)用范圍：
（1）、應(yīng)用于特殊環(huán)境（高濕度、腐蝕等）下鋼筋砼以及補(bǔ)強(qiáng)幅度較高的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，如道路橋墩，鐵道高架橋，建筑物梁柱的補(bǔ)強(qiáng)加固以及隧道內(nèi)壁修補(bǔ)，水池內(nèi)襯補(bǔ)強(qiáng)，排水管道補(bǔ)強(qiáng)加固等。
（2）、梁、板等受彎構(gòu)件的受拉區(qū)加固。
（3）、梁、柱沿與軸線垂直方向的受剪加固。
（4）、柱的抗震加固。
3.2 粘貼CFRP加固橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)
目前,我國(guó)在橋梁加固方面主要是研究應(yīng)用粘貼CFRP片材(碳布)加固技術(shù)。碳布根據(jù)纖維方向分為單向布和雙向布2種,其中以應(yīng)用單向布為主,其拉伸強(qiáng)度是等截面普通鋼材的10倍或更高,彈性模量在(2.4~6.4)×105MPa,是一種較理想的混凝土結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)材料。試驗(yàn)證明,碳布粘貼加固橋梁構(gòu)件能大幅度提高梁板的抗彎、抗剪性能以及混凝土柱的抗壓、剪、彎能力,并能顯著提高橋梁構(gòu)件剛度及延性(如抑制開裂、降低撓度等)。
與傳統(tǒng)的粘鋼加固技術(shù)相比,粘貼CFRP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),適用范圍廣；基本不改變?cè)�結(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,更易保證施工質(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、耐腐蝕性以及抗疲勞性能等方面的優(yōu)良品質(zhì)更是粘貼鋼板所無法比擬的,并且實(shí)驗(yàn)表明其對(duì)結(jié)構(gòu)有著良好的隔離氯化物離子的效果。
3.3  FRP加固技術(shù)應(yīng)用需注意的問題
(1)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料不同,FRP材料通常表現(xiàn)為各向異性,例如上面提到的單向碳纖維布,它只在沿纖維方向上的強(qiáng)度和彈性模量較高,而在垂直纖維方向則很低,這是在加固設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮的問題。另外,部分FRP產(chǎn)品,如玻璃纖維等的彈性模量較低也是其作為結(jié)構(gòu)材料的劣勢(shì),設(shè)計(jì)中要充分考慮。
(2)FRP材料的物理力學(xué)性能還有一個(gè)特點(diǎn),就是其抗剪強(qiáng)度僅為其抗拉強(qiáng)度的5%~20%,這使得材料的連接成為突出的問題,設(shè)計(jì)中要充分考慮合理的連接方式、連接尺寸、連接位置以及盡量減少連接等。
(3)FRP產(chǎn)品的質(zhì)量及其配套用粘結(jié)材料的可靠性是保證FRP粘貼加固技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。首先,FRP材料編制生產(chǎn)的勻質(zhì)性、材料拉伸強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)的離散性等,都對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)有很大影響(設(shè)計(jì)時(shí)要考慮指標(biāo)折減)；其次是配套用各種樹脂材料的粘結(jié)相容性等性能指標(biāo)更是保證可靠粘結(jié)的關(guān)鍵,因?yàn)樵贔RP材料設(shè)計(jì)用量充足的條件下,粘結(jié)部位的剪切破壞是制約FRP材料性能充分發(fā)揮的最大因素,而且,FRP材料對(duì)環(huán)境變化的敏感程度遠(yuǎn)比FRP材料與混凝土之間的粘結(jié)面低,解決FRP材料加固混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的關(guān)鍵就是解決粘結(jié)面的耐久性問題。一些關(guān)于FRP-混凝土界面粘結(jié)剝離破壞形式下的耐久性能測(cè)試表明,使用不同的粘結(jié)材料,結(jié)構(gòu)抗彎性能下降的幅度不同,分別在3%~33%之間。
(4)大量研究表明,雖然FRP材料本身的抗疲勞性能優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料,但初始缺陷和工作環(huán)境對(duì)FRP材料抗疲勞性能的影響非常顯著。在這一方面,除首先保證施工質(zhì)量外,有一些問題還待進(jìn)一步研究。
(5)施工控制和加固質(zhì)量檢驗(yàn)是粘貼加固工程中要認(rèn)真對(duì)待的問題。例如施工時(shí)環(huán)境溫度、濕度、通風(fēng)條件等的控制,結(jié)構(gòu)表面處理、粘結(jié)位置、粘結(jié)劑有效使用期和涂層厚度等的控制,養(yǎng)護(hù)方法及時(shí)間要求,以及現(xiàn)場(chǎng)正拉粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)等。因此要求盡量選擇有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)施工隊(duì)伍并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工并進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收。
(6)與混凝土相比,一般FRP材料的防火性能較差,而且部分樹脂材料在持續(xù)高溫情況下會(huì)出現(xiàn)軟化現(xiàn)象,并導(dǎo)致材料力學(xué)性能的降低。這一問題也應(yīng)引起注意并加以深入研究。當(dāng)然,橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)這一方面的要求相比建筑結(jié)構(gòu)較少。
3.4  CFRP加固技術(shù)
目前，CFRP在橋梁工程中大量用于加固橋梁，恢復(fù)和提高既有橋梁的承載能力。相對(duì)于粘貼鋼板加固，粘貼CFRP復(fù)合材料加固橋梁具有施工方便、適應(yīng)性好、耐腐蝕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、不必打孔，因而對(duì)原結(jié)構(gòu)不會(huì)造成新的損傷等優(yōu)點(diǎn)。
3.4.1、碳纖維布用于加固補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)特點(diǎn)
碳纖維布加固法是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，并與結(jié)構(gòu)形成整體受力體系，增強(qiáng)被加固結(jié)構(gòu)的抗彎或抗剪能力，從而達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。
   與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)相比，碳纖維布加固法具有很明顯的優(yōu)越性：碳纖維材料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度高于普通鋼材的10倍，極適合于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)；其輕質(zhì)柔軟，適用面廣，施工便捷，尤其是可在不中斷交通時(shí)進(jìn)行加固施工；加固厚度小，可不增加原結(jié)構(gòu)的恒載，特別適用于建筑高度受限制情況下加固補(bǔ)強(qiáng)；同時(shí)還具有良好的耐久性及耐腐蝕性等。
   碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)法，始于二十世紀(jì)八十年代美、日等國(guó)家，目前是國(guó)際土木工程領(lǐng)域開發(fā)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。我國(guó)是在1997年才正式開始對(duì)碳纖維類加固技術(shù)進(jìn)行研究的，并在1998年開始了實(shí)際的工程應(yīng)用。
3.4.2、 碳纖維布加固混凝土構(gòu)件應(yīng)用范圍
目前，用于結(jié)構(gòu)加固增強(qiáng)的碳纖維布（CFRP）材料其形式可分為片材（包括布狀和板狀）、棒材以及格狀材等幾種。此外，還有各種各樣的CFRP型材。片材一般通過環(huán)氧樹脂粘貼于混凝土受拉表面；棒材通常作為代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋（主筋或箍筋）的材料。近年來，對(duì)棒狀進(jìn)行張拉后，在混凝土結(jié)構(gòu)的體內(nèi)或體外進(jìn)行預(yù)應(yīng)力增強(qiáng)式加固法的方法得到了很大的發(fā)展。而CFRP格狀材則是通過1－2cm厚的聚合物灰漿將其粘結(jié)在既有結(jié)構(gòu)上，或只通過適當(dāng)?shù)腻^固方法將其固定在既有結(jié)構(gòu)物上進(jìn)行加固。
   CFRP布狀片材的形狀有單方向或雙方向編織制品、單方向配列制品及預(yù)浸處理制品等。CFRP片材加固形式是多種多樣的，主要可分為抗彎曲、抗剪切、抗壓縮、抗震加固及劣化防止等。其加固效果可表現(xiàn)為控制裂縫寬度和提高裂縫分散能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度、提高結(jié)構(gòu)的延性、耐久性能力及防下落物等。對(duì)于某些橋梁，通過在柱形橋墩表面環(huán)繞粘貼CFRP纖維布，可以提高混凝土橋墩的抗剪切能力和延性；混凝土柱受到環(huán)繞粘貼的CFRP箍束作用，其截面的抗壓強(qiáng)度也有一定提高。在混凝土橋橋面板上下表面粘貼包裹CFRP纖維布，可以降低鋼筋應(yīng)力、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗疲勞能力以及對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)損傷和裂紋的部分進(jìn)行加固。在一般建筑物結(jié)構(gòu)中對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)、樓面板甚至磚墻、剪力墻的抗彎、抗剪切加固。另外，在道路和鐵路隧道方面，由于地震載荷和非均勻山地土壓而產(chǎn)生的集中載荷會(huì)造成隧道混凝土內(nèi)壁的縱向裂紋、變形過大以及局部脫落，從而大大降低了隧道的安全性和使用壽命，通過在隧道混凝土內(nèi)壁粘貼CFRP纖維布可以增強(qiáng)抗彎性，有效防止已有裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，延長(zhǎng)使用壽命。    
3.4.3、錨固FRP板加固技術(shù)實(shí)施
這種方法不使用粘結(jié)膠，而是使用若干均勻分布、細(xì)小的鉚釘把纖維增強(qiáng)塑料板固定在混凝土表面，沿纖維板縱向純彎段內(nèi)鉚釘間距為20cm左右，剪跨段內(nèi)5cm左右；沿纖維板縱向全長(zhǎng)范圍內(nèi)均勻布置有鉚釘。為了使荷載均勻地傳遞給纖維板，避免鉚釘處纖維板的應(yīng)力集中引起破壞，因而沒有采用大直徑的鉚釘，而是使用直徑小、間距密的鉚釘。通過調(diào)整鉚釘間距及鉚釘?shù)拈L(zhǎng)度可以有效解決纖維板和混凝土之間共同受力的問題。施工時(shí)，在加勁纖維板上需要打入鉚釘?shù)牡胤阶錾蠘?biāo)記，拉住加勁纖維板兩端、邊角臨時(shí)固定在混凝土表面，使用專門的設(shè)備把鉚釘直接穿過纖維板打入混凝土中；也可以在預(yù)定位置先用鉆機(jī)把孔鉆好，然后再打入鉚釘，以減少鉚釘打入時(shí)表面混凝土的剝落。
3.4.4、與粘貼纖維板方法的比較
（1） 施工簡(jiǎn)單方便、速度快。粘貼纖維板方法相對(duì)比較耗時(shí)，需要對(duì)混凝土進(jìn)行噴沙、打磨、摸平表面等工序以適合粘貼，這需要在半專業(yè)人士的指導(dǎo)下進(jìn)行，粘貼質(zhì)量的好壞直接影響到補(bǔ)強(qiáng)、加固的效果。而鉚固法只需要鉆機(jī)和專門的鉚釘打入設(shè)備，操作方便、速度快。據(jù)比較，在相同條件下，機(jī)械鉚固法是粘貼方法所耗時(shí)間的1/8～1/10。
（2） 施工期間不影響使用，施工完成后不需要養(yǎng)護(hù)期，可以馬上投入使用。粘貼纖維板方法在施工后，粘結(jié)膠在24小時(shí)內(nèi)不能受到擾動(dòng)，加固后的結(jié)構(gòu)需要幾天的養(yǎng)護(hù)時(shí)間才能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。鉚固法由于用鉚釘直接固定，施工完成后即可發(fā)揮新的使用功能，這對(duì)于交通繁忙的橋梁以及抗災(zāi)、救災(zāi)、戰(zhàn)時(shí)搶修等爭(zhēng)取時(shí)間的情況都是很有利的。
（3）如果纖維板和混凝土粘結(jié)可靠并且忽略粘結(jié)膠厚度的影響（目前大多數(shù)計(jì)算模型都采用這種假定），則纖維板與混凝土之間是變形協(xié)調(diào)的。機(jī)械鉚固法中，兩者之間沒有協(xié)調(diào)關(guān)系；若忽略纖維板與混凝土表面之間的摩擦，相鄰鉚釘間纖維板的應(yīng)變是相等的，并等于相鄰鉚釘間混凝土底面的平均應(yīng)變。
（4）粘結(jié)膠在高溫環(huán)境下粘結(jié)強(qiáng)度的下降以及隨時(shí)間的老化，都會(huì)降低粘貼方法的加固效果。鉚固法不存在對(duì)環(huán)境、氣候的敏感性。
（5）鉚固法在打入鉚釘時(shí)會(huì)引起表面混凝土的剝落，增加混凝土結(jié)構(gòu)的初始裂縫，這是此種方法不利的一面；采用預(yù)先鉆孔措施可以減小剝落的產(chǎn)生。為了避免鉚釘處纖維板過大的應(yīng)力集中，必須增加鉚釘?shù)姆植济芏取⒖刂评w維板的彈性模量和拉力。影響加固性能的因素有：纖維板彈性模量、鉚釘間距和長(zhǎng)度、是否預(yù)先鉆孔、鉚釘離混凝土邊緣的距離等。
3.4.5、相關(guān)參數(shù)對(duì)加固性能的影響
（1）在純彎段內(nèi)布置了鉚釘?shù)牧旱玫搅溯^高的承載力，相比之下，沒有布置鉚釘?shù)牧撼休d力要低一些。
（2）預(yù)先鉆孔可以減少可見的初始裂縫和表面混凝土剝落，使鉚釘打入深度增加，提高加固梁總體的承載力和延性。
（3）鉚釘離混凝土邊緣的距離愈小，打入時(shí)產(chǎn)生的初始裂縫就愈多，因此保證鉚釘與混凝土邊緣之間一定的距離是必要的。
（4）對(duì)于高彈性模量的纖維板，預(yù)先鉆孔時(shí)，加固梁直到上緣混凝土壓碎都和纖維板結(jié)合緊密；而沒有鉆孔時(shí)，加固梁因纖維板脫離而破壞，極限承載力比前者小。
（5）把鉚釘間距由5.1cm增大到7.6cm時(shí)，加固梁在鋼筋屈服時(shí)承受的彎矩相同，但極限承載力稍微減小。
（6）當(dāng)增加鉚釘?shù)拈L(zhǎng)度時(shí)，加固梁在鋼筋屈服時(shí)承受的彎矩以及極限承載力都相應(yīng)提高。
3.4.6、碳纖維布加固橋梁實(shí)例
3.4.6.1 、工程概況
   雙鳳橋位于白（沙關(guān)）景（德鎮(zhèn)）公路102公里樁處，該橋原為一半永久性橋梁（修建年代不詳）：上部構(gòu)造為木板橋面；下部結(jié)構(gòu)為漿砌塊石擴(kuò)大基礎(chǔ)配實(shí)體墩臺(tái)（據(jù)調(diào)查基礎(chǔ)放置在巖層上）。1970年將該橋改造成全長(zhǎng)為34.10米的永久性橋梁：將橋墩加設(shè)局部斜撐（挑臂）拓寬；上部結(jié)構(gòu)改為4孔普通鋼筋混凝土工字梁與微彎板組合結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)荷載為汽車—13級(jí)，驗(yàn)算荷載為拖車—60，橋面設(shè)計(jì)凈空為凈-7.25m 2×0.25m。
、工字梁加固提載計(jì)算要點(diǎn)：
   由于雙鳳橋未查詢到有關(guān)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙及竣工圖紙等資料，對(duì)工字梁內(nèi)部配筋不清楚，因而加固設(shè)計(jì)中從安全角度出發(fā)，僅考慮從汽車—13級(jí)（拖車—60）；提載到汽車—20級(jí)（掛車—100）跨中截面增加的彎矩值來驗(yàn)算補(bǔ)強(qiáng)鋼筋量。
   經(jīng)計(jì)算由汽車—13級(jí)（拖車—60）提載到汽車—20級(jí)（掛車—100）跨中截面增加彎矩值△M=485.08KN，跨中截面慣矩I=0.1201m4，中性軸到下緣距離h1=0.60m，截面高h(yuǎn)=0.83
   綜合有關(guān)情況，本次對(duì)工字梁提載加固決定采用碳纖維布，因而計(jì)算碳纖維布截面面積：
                   Acf=Ag(Rg/Rcf)=242.3mm2                           （3.1）
                  上式中：Acf——碳纖維布截面積；
                          Rcf——碳纖維布抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
為了方便碳纖維布的裁剪操作及考慮儲(chǔ)備，考慮每層碳纖維布寬為250mm，粘貼兩層，五片工字梁實(shí)際粘貼碳纖維布截面面積為Acf=250×0.167×2×5=417.5mm2。
3.4.6.2、雙鳳橋靜載試驗(yàn)
   （1）靜載試驗(yàn)概述
   為能對(duì)碳纖維布在舊橋加固中的使用性能進(jìn)行量化分析，分別對(duì)雙鳳橋加固前、后進(jìn)行了等效靜載試驗(yàn)，且兩次靜載試驗(yàn)采用的加載車輛、荷載等級(jí)及加載位置均相同。由于該橋未查詢到原設(shè)計(jì)圖紙及竣工圖，對(duì)各片主梁的配筋無法考證，根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》和《公舊橋承載能力鑒定方法》中的有關(guān)規(guī)定確定，加固前后兩次荷載試驗(yàn)的性質(zhì)為輕型荷載試驗(yàn)。
   根據(jù)工字梁橋的受力特點(diǎn)，加固前后兩次靜載試驗(yàn)分別測(cè)試了工字梁跨中截面下緣鋼筋應(yīng)力（應(yīng)變）、跨中撓度及裂縫。并按兩種工況進(jìn)行試驗(yàn)：第一工況為兩輛加載車偏載（最外側(cè)車輪中心離人行道邊緣50cm）；第二工況為兩輛加載車對(duì)稱中心布載。
  （2） 靜載試驗(yàn)分析及結(jié)論
   １）在工字梁梁底粘貼碳纖維布后，在相同的受力狀況下跨中梁底鋼筋應(yīng)力明顯減小，減幅最大達(dá)8.12%，相應(yīng)跨中部位撓度（變形）亦減小，最大減小幅度達(dá)9.52%。說明粘貼碳纖維布后，工字梁抗彎強(qiáng)度增大。并通過分析說明：雙鳳橋加固后符合汽車－20；掛車－100的荷載使用要求。
   ２）粘貼碳纖維布后，在試驗(yàn)荷載作用下，原跨中梁底裂縫得到抑制，在相同荷載、相同加載位置作用下，加固后裂縫寬及高度明顯小于加固前，加固后主梁最大裂縫寬僅為0.15mm，完全符合《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。
   ３）所測(cè)應(yīng)力（應(yīng)變）、撓度數(shù)據(jù)基本與理論值相符，并呈彈性變化，塑性變形率最大為0.08%。
4、裂縫注漿加固法：
4.1工藝介紹：
裂縫注漿是采用壓力注漿技術(shù)對(duì)已開裂的砼構(gòu)件注入特殊的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行修復(fù)、加固。
工藝流程為：
裂縫調(diào)查→裂縫處理→設(shè)置灌漿嘴→注漿→固化→檢驗(yàn)。
4.2應(yīng)用范圍：
它廣泛應(yīng)用于混凝土橋梁、房屋水利、路面等工程中構(gòu)件外部大面積加固，混凝土寬窄裂縫的修補(bǔ)，混凝土內(nèi)部缺陷（蜂窩、孔洞、疏松等）的修補(bǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)
碳纖維布加固法是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，有其優(yōu)點(diǎn)與長(zhǎng)處，但也存在一些不足。我國(guó)引進(jìn)和實(shí)際應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的時(shí)間僅幾年，在該項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)與工藝等方面尚有許多問題需要繼續(xù)深入研究，并通過大量的實(shí)際應(yīng)用加以檢驗(yàn)和論證，不斷積累經(jīng)驗(yàn)。本加固技術(shù)操作簡(jiǎn)單、施工方便、速度快。對(duì)于繁忙的交通線、抗災(zāi)、救災(zāi)以及戰(zhàn)備等時(shí)間緊急的情況，本方法是一種有效的選擇方案。加固施工中要減少混凝土初始裂縫的產(chǎn)生，避免因FRP板剝離而破壞。Anthony J.Lamanna等推薦單個(gè)鉚釘承載力未預(yù)先鉆孔時(shí)為2224N、預(yù)先鉆孔時(shí)為4448N，由于國(guó)內(nèi)FRP材料性能的差異，單個(gè)鉚釘承載力還需要作進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。本課題組在開展本項(xiàng)研究和實(shí)際應(yīng)用過程中，歸納了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，供同行們?cè)趯?shí)際應(yīng)用碳纖維布加固法加固改造舊橋時(shí)參考。
   １、碳纖維布具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞、施工便捷等優(yōu)異物理力學(xué)性能，是加固補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的理想材料。
   ２、采用碳纖維布粘貼到混凝土結(jié)構(gòu)表面，可對(duì)其進(jìn)行受彎、受剪、剛度和抗震等加固，同時(shí)也可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。
   ３、相對(duì)傳統(tǒng)加固方法而言，采用碳纖維布加固能最小程度的改變?cè)�有結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。
   ４、粘貼碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)仍然適用平截面假設(shè)，大量實(shí)驗(yàn)業(yè)已證明平截面假設(shè)在粘貼碳纖維布結(jié)構(gòu)中依然成立。目前關(guān)于碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法主要是將碳纖維布按照一定的標(biāo)準(zhǔn)（例如強(qiáng)度或允許應(yīng)力）近似換算成一定用量的鋼筋，按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土受力分析模型進(jìn)行理論分析，雖然是近似方法，但理論分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得較好。這種方法在一般情況下是適用的。
   ５、由于碳纖維材料一般為脆性拉斷破壞，在受彎加固時(shí)應(yīng)采用允許應(yīng)力方法作為碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)應(yīng)考慮碳纖維布與混凝土之間的粘接失效可能引起的剝離脆性破壞的影響。
   ６、與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相似，影響碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)承載力的因素有很多，包括：碳纖維材料本身的強(qiáng)度、彈性模量；混凝土的強(qiáng)度；碳纖維布與混凝土的粘結(jié)情況等等。
   ７、加固設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)所要加固結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)有詳細(xì)的了解，因?yàn)楦鞣N參數(shù)對(duì)梁的極限承載力和破壞特征均有很大的影響。
   ８、粘貼碳纖維布后結(jié)構(gòu)的抗彎強(qiáng)度確定是該加固補(bǔ)強(qiáng)方法最基本的要求，據(jù)試驗(yàn)研究統(tǒng)計(jì)：粘貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5%～8%。
   ９、抗疲勞是衡量結(jié)構(gòu)承載力的一個(gè)重要指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，與普通鋼筋混凝土相比，碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能將會(huì)提高。這主要是由于碳纖維材料本身抗疲性能優(yōu)異。
   10、試驗(yàn)表明，用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁，對(duì)梁的剛度提高不大，故對(duì)實(shí)際工程中的構(gòu)件進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，除保證加固后梁的極限承載力滿足規(guī)范外，對(duì)其剛度也要進(jìn)行驗(yàn)算，以保證其剛度也滿足規(guī)范。
   11、由于用碳纖維布加固混凝土梁抗彎承載力時(shí)梁中剪力作用也在變化，抗彎與抗剪加固二者之間確實(shí)存在著相關(guān)關(guān)系，實(shí)際工程加固設(shè)計(jì)中必須考慮這種關(guān)系。因?yàn)槠胀ɑ炷�土梁的設(shè)計(jì)一般都是“強(qiáng)剪弱彎”，用碳纖維布進(jìn)行抗彎加固而不考慮抗剪的。