碳纤维布在桥梁加固中的应用研究与实例
旧桥加固改造工程同其它任何事情一样，有其内在的规律，在做某座桥梁的具体加固设计时都有一定的技巧，都要遵循一定的步骤，同时又极具创造性。所以，我们应通过创造性的工作去尽力解决旧、危桥的加固改造工作。尽管每座桥梁的修复工程具有各自的特点，但存在可进行比较、评价的一般性概念，以决定采用最实用的技术。由于这些特点，总是需要在桥梁修复工程中进行创造性的思考和技术革新。新的材料和技术的不断发展，又提供了更有效、更耐久的维修方法。为此，工程界需要新兴的、科技含量较高的加固技术。　近年来，纤维类材料在土木工程中的应用一直是国内外研究的热点。随着材料技术的发展，现在已开发出来了多种高科技纤维材料，如玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）就是其中的一种。在所有的这些纤维材料中，碳纤维材料是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟，也是用量最大的一种高科技材料。随着碳纤维材料被应用于建筑业，碳纤维布（CFRP）加固混凝土结构新技术随之出现。
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　近十几年来，国内外的碳纤维及其复合材料工业处于高速发展阶段，碳纤维及其复合材料的力学性能取得突破性进展，生产技术和生产效率明显提高，产品成本稳中有降。　近几年来，碳纤维的抗拉强度和延伸率不断提高，抗拉强度达到7000Mpa以上，延伸率从1.0％左右提高到2.0％左右，最高者为2.4％，从而使碳纤维复合材料可以用于主承力结构。　目前，CFRP在桥梁工程中大量用于加固桥梁，恢复和提高既有桥梁的承载能力。相对于粘贴钢板加固，粘贴CFRP复合材料加固桥梁具有施工方便、适应性好、耐腐蚀、几乎不增加结构自重、不必打孔，因而对原结构不会造成新的损伤等优点。　一、碳纤维布用于加固补强的技术特点　碳纤维布加固法是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类胶结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，并与结构形成整体受力体系，增强被加固结构的抗弯或抗剪能力，从而达到对结构补强加固及改善结构受力性能的目的。　与传统的混凝土结构加固技术相比，碳纤维布加固法具有很明显的优越性：碳纤维材料具有优异的物理力学性能，其抗拉强度高于普通钢材的10倍，极适合于钢筋混凝土结构的加固补强；其轻质柔软，适用面广，施工便捷，尤其是可在不中断交通时进行加固施工；加固厚度小，可不增加原结构的恒载，特别适用于建筑高度受限制情况下加固补强；同时还具有良好的耐久性及耐腐蚀性等。　碳纤维布加固补强法，始于二十世纪八十年代美、日等国家，目前是国际土木工程领域开发研究的一个热点。我国是在1997年才正式开始对碳纤维类加固技术进行研究的，并在1998年开始了实际的工程应用。
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碳纤维布加固混凝土构件应用范围　目前，用于结构加固增强的碳纤维布（CFRP）材料其形式可分为片材（包括布状和板状）、棒材以及格状材等几种。此外，还有各种各样的CFRP型材。片材一般通过环氧树脂粘贴于混凝土受拉表面；棒材通常作为代替传统钢筋（主筋或箍筋）的材料。近年来，对棒状进行张拉后，在混凝土结构的体内或体外进行预应力增强式加固法的方法得到了很大的发展。而CFRP格状材则是通过1－2cm厚的聚合物灰浆将其粘结在既有结构上，或只通过适当的锚固方法将其固定在既有结构物上进行加固。

公路危桥的加固方法
　1、预应力加固技术
　　这种加固方法也可以是改变体系的一种方法。如对简支架采用下撑式拉杆体外预应力加固，即可视为改简支梁为上承式桁架梁。桁架的上弦为原结构主梁，下弦是水平拉杆，腹杆是斜拉杆，把与滑块接触的垫块视为竖杆，单垫块为单柱式，双垫块为双柱式，斜杆上端锚固位置有两种：一种锚于梁端的顶部；另一种锚于靠近端横梁处的梁肋顶部加固，斜杆的下端与滑块连结。滑块依赖拉杆收紧后产生的上托力和滑移时的摩擦力与上弦连结。对斜杆的张拉不是直接施加，而是随着水平拉杆张拉力增加，下端滑块产生相应的移动，使它的长度增大。当水平拉杆张拉力达到设计量后，将它的两端锚固，加固工作即告完成，住斜杆顶端和梁底垫块上作用力的水平分力共同对梁体施加偏心轴向压力，上述作用力的竖向分力所有形成的力偶对梁端施加负弯矩及竖向剪力，这些预加力可以抵消超过恒载作用力。在车辆通过时，这些体外拉杆是上部结构的组成部分并与原有梁体共同受力形成超静定体系，各拉杆的张拉力将自动增加，进一步起到加强作用。
　　2、增大断面加固法
　　2.1增厚桥面板
　　把原板面铺装清除，加铺一层钢丝网并浇筑混凝土，注意新旧混凝土的结合要求，混凝土的厚度由计算决定，最后重新铺装桥面。
　　2.2增大主梁断面
　　对T梁和I字梁增大主梁断面，主要是增加下缘受拉钢筋和增大主梁断面惯性矩，从而提高粱体刚度。
　　具体做法：将梁下缘每间隔70cm处的混凝土保护层凿除，露出主筋。用5mm厚的钢板弯成u型钢板箍，将新增加的钢筋与钢板箍焊成骨架，然后再同原主梁的主筋焊接，并浇筑混凝土。在梁端附近，即弯矩较小的区域，新浇的混凝土作一斜面，可免去顶起主梁的麻烦。
　　3、增强结构整体性
　　当桥梁因无横隔梁或横向联系薄弱，导致承载力降低时，采用增强结构构体性的方法加固是非常有效的。这种方法有两种做法：向新铺的桥面混凝土中掺加钢纤维或加强横隔梁。
　　4、增加主（纵）梁加固法
　　增加主（纵）梁不仅能提高承载能力，而且还能加宽桥面，采用此法可以得到双重效果，增加的新主梁应按照新的荷载标准设计施工。
　　施工时增加主梁首先要进行下部结构和基础的加宽，加固和验算各部的应力。对旧主梁之间要进行抗剪能力的验算，若抗剪应力不满足要求。应对主梁进行加固处理。
　　5、桥面植筋加固法
　　服役中的旧桥很大一部分桥面是钢筋混凝土桥面，有些在长期运营中损坏不是很多，基本完好，但是面对交通量的增长却开始出现不堪重负的倾向，针对这些桥面在完全凿除旧桥面、换铺新桥面，一来是费工费时；二来是经济效益也不是很理想。对此，有人提出采用植筋技术，在旧桥面上加一层新桥面，这样不仅充分利用了旧桥面，而且缩短施工时间，经济效益也很显著。
　　采用植筋技术，对旧桥面的处理比较简单，可以进行高压水喷、喷沙、凿毛等简易处理，然后平行旧桥面钢筋，按计算深度转孔（与原钢筋的间距在满足钻孔操作要求），再将钢筋植入孔内，再采用同级别的混泥土填孔，并浇筑新的桥面层。
　　在混泥土桥面加固中，新桥面的连接是个薄弱环节，尤其是界面的抗剪强度。采用植筋技术以后，界面的抗剪强度由3部分组成，界面混凝土内部结合力、界面摩擦力、植筋的抗剪力。由于植入钢筋的影响，界面的抗剪强度大大提高，而且植入钢筋对旧桥面也起到一定的加强作用。
　　该方法的缺点是计算比较复杂，不仅要计算新桥面层的厚度以满足承载要求，而且剪力植筋应有适当的埋深，需经过计算确定。另外，植筋点的选择也是一个问题，既要避开原钢筋，还要与原钢筋保持一定的距离，以满足钻孔操作要求。最后，就是植筋后要往孔内注入混凝土，虽然混凝土量比较少，但是混凝土的膨胀和收缩也是一个不得不考虑的问题。
　　6、石砌高桥台开裂变形的加固方法
　　以上分析可以看出，大多数桥台开裂是由于侧墙不能承受其水平推力，致使桥台侧墙出现绕前墙扭转变形，在两墙交界处产生开裂变形。
　　通过对几条道路桥台问题的计算处理情况看，一般桥台的截面强度、横向挠曲整体抗滑稳定性均能满足有关规范要求，仅部分是由于偏心距和抗倾覆稳定性不能满足要求，现就此提出两种处理方法供同行参考。
　　6.1设置拉杆以承受桥台侧墙的不平衡水平力
　　利用拉板与砌体间的通缝剪切力和拉杆来承受侧墙的不平衡水平力。此方法在路面尚未铺筑时处理为好，特别是其施工方法简单，仅需开挖部分台背填土和拆除部分砌体。
　　总体上讲，补救工程经济、合理，其计算方法为先计算侧墙所承受的力，再计算其不平衡水平力。
　　6.2设置钢筋砼垫板
　　高桥台侧墙较高，其土压力较大是侧墙产生变形破坏的主要原因，因此处理措施应从减少土压力出发，于台背一定高度处设置一钢筋砼板（板按三边支承的弹性地基板计算）予以处理。这样作用于侧墙上的土压力将大大减少，裂缝得到控制。
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