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浅析碳纤维板在混凝土桥梁结构加固中的应用
发布时间:2019/11/25      浏览:220次

 碳纤维板具有抗拉强度高、自重轻、易使用、作业轻松且不需要大型机械设备等优点,近年来粘贴碳纤维板在混凝土桥梁结构加固中得到了广泛的应用。

一、工程概括

某桥上部结构为15+2×20+15m钢筋混凝土连续箱梁,单箱单室;桥面铺装结构为4cm+5cm沥青混凝土铺装;下部构造采用肋板式台、独柱墩和桩基础。本桥桥台采用GYZφ350-55mm支座,桥墩采用GYZφ650-100mm支座,箱梁与桥台连接处设置80型伸缩缝。桥面横坡1.5%由墩、台调整。2015年桥涵定期检查中发现西幅第3孔、第4孔底板和腹板存在多处混凝土锈胀露筋,第4孔翼板存在纵缝;桥墩桥台处存在裂缝、混凝土碱蚀、混凝土保护层锈胀脱落等病害。随后对该桥进行静载试验得出结论为:该桥承载能力满足原设计荷载的使用要求且能够满足公路I级荷载的使用要求,但桥梁安全储备较低。

二、原桥结构验算

1、概况

本桥为15+2×20+15m钢筋混凝土连续箱梁,桥面横向宽度为:2×(0.5+6.75+0.49),梁高1.1m。对原桥结构结构验算,计算采用桥梁博士平面杆系有限元程序。

2、主要计算参数

主要计算参数

设计荷载

活载

85规范(汽超-20级,挂车-120级)、04规范(公路Ⅰ级、1.3倍公路Ⅰ级)

温度

非线性温度梯度按照JTG 023-8504)规范取用

混凝土

根据竣工图,取30号混凝土,Ec=3.0×104MPa,容重26KN/m3

普通钢筋

钢筋采用85规范Ⅱ级钢筋(新规范HRB335),Es=2.0x105Mpa

桥面铺装

根据竣工图纸,本桥西幅桥面铺装为9cm沥青混凝土,结构计算按均布荷载施加

防撞护栏

桥梁两侧护栏按均布荷载施加于模型上

3、计算模型

D6R8~FB[F(52W$S(PHP]F~2

桥梁计算模型

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》 JTG/T J21-2011,计算桥梁结构承载能力极限状态的抗力效应,γ0SR(fd,ξcadc, ξsads) Z1(1-ξe)。结合桥梁检测结果,选用反应桥梁总体技术状况的检算系数Z1,考虑结构耐久性影响因素的承载能力恶化系数ξe,最终确定锈蚀后桥梁的实际承载能力。

1)折减后桥梁计算结果

   西幅正截面抗弯承载力   

 

     荷载

 

位置

汽超-20级荷载标准(85规范)

 

是否满足规范要求

荷载效应

弯矩组合值

kN·m

正截面抗弯强度

(kN·m)

折减后正截面抗弯强度

(kN·m)

1孔跨中(11

4990

6320

6130

2孔跨中(34

5870

6720

6451

3孔跨中(57

5870

6720

6518

4孔跨中(80

4990

6320

5555

 

2)抗剪折减后验算截面选取如下:

1)取距支座中心h/2附近处;

2)各孔1/4跨中附近处;

西幅斜截面抗剪强度

85规范(汽超-20级荷载)

总抗力

(kN)

设计剪力(kN)

比值

是否满足规范要求

1

距支座中心h/2

2832.1

1434.5

1.974

1/4跨中

2326.6

297.4

7.823

3/4跨中

-2657.9

-1417.7

1.875

距支座中心h/2

-2903.7

-2158.6

1.345

2

距支座中心h/2

2946.4

2284.9

1.290

1/4跨中

2178.3

805.3

2.705

3/4跨中

-2580.7

-1370.6

1.883

距支座中心h/2

-2970.8

-2345.8

1.266

3

距支座中心h/2

2974.5

2355.1

1.263

1/4跨中

2178.3

862.0

2.527

3/4跨中

-2506.7

-1185.6

2.114

距支座中心h/2

-2945.8

-2283.5

1.290

4

距支座中心h/2

2908.6

2171.6

1.339

1/4跨中

2657.3

1420.8

1.870

3/4跨中

2322.0

300.5

7.727

距支座中心h/2

-2832.0

-1453.2

1.949

 

西幅折减后抗弯、抗剪承载力按85规范计算均满足规范要求。其中抗弯承载力按85规范计算第14孔的储备分别为22.8%10.0%11.0%11.3%

考虑到本条高速公路日益增大的交通量并且货车重载存在超载现象,原结构极限承载能力虽满足规范要求,但结构安全储备较低,因此需对该桥进行加固处理。

三、加固方案

凿除西幅箱梁外部底板、腹板、翼板表面碱蚀、锈胀、疏松、腐蚀等劣化混凝土直至露出新鲜混凝土,对钢筋进行除锈处理,采用聚合物水泥砂浆进行修复平整;第1-4孔底板修复平整后再进行粘贴碳纤维板进行补强加固。

四、碳纤维板施工工艺

1)碳纤维板的施工注意事项

①施工宜在5℃以上环境温度条件下进行,并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于5℃时,应使用适用于低温的配套树脂或采用升温处理措施;

②在表面处理和粘贴碳纤维板前,应按加固设计部位放线定位;

③树脂配制时应按产品使用说明规定的配比称量置于容器中,用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内不得有油污及杂质。宜根据现场实际温度决定树脂的每次拌合量,并严格控制使用时间;

④粘贴前板底首先要打磨平整,除去表层浮浆、油污等杂质,直至完全露出结构新面,混凝土表面应清理干净并保持干燥。

⑤配套树脂的甲、乙两组份应密封贮存,远离火源,避免阳光直接照射。

⑥树脂的配置和使用场所,应保持通风良好,现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施。

⑦碳纤维板材为导电材料,施工碳纤维板材时应远离电气设备和电源,或采取可靠的防护措施。

2)粘贴碳纤维板的施工流程

碳纤维板的施工应由熟悉施工工艺的专业施工队伍完成,并应精心组织、精心施工。为保证碳纤维板的加固效果,在碳纤维板施工完毕后养护硬化的24小时内不宜受潮、受震,桥面禁止施加其它荷载。

碳纤维板采用幅宽10cm1.4mm的碳纤维板材,施工必须按照下列工序进行:施工准备→混凝土面层处理→配制找平材料并对不平整处进行找平处理→配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂→粘贴碳纤维板→进行养护→表面防护。

①施工准备

应认真阅读设计施工图,并根据施工现场和被加固构件混凝土的实际状况,拟订施工方案和施工计划。

②表面处理

应清除被加固构件表面的受火熏黑、剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层,并用修复材料将表面修复平整。按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。被粘贴的混凝土表面应打磨平整,除去表层浮浆、油污等杂质,直至完全露出混凝土结构新面。混凝土表面应清理干净并保持干燥。

③找平处理

应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整,不应有棱角。待找平材料表面指触干燥后,尽快进行下一工序的施工。

④配制并涂刷浸渍树脂

严格按照配套树脂的主剂、固化剂所规定的比例称重,装入容器,用搅拌器均匀搅拌。一次调和量不宜过多,以在可使用时间内用完为准。

⑤粘贴碳纤维板

a.应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板;

b.应将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘,当需粘贴两层时,底层碳纤维板的两面均应擦拭干净;

c.擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷结构胶粘剂,胶层中央应呈拱起状,平均厚度应不小于2mm

e.应将涂有胶液的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实,使胶液从两边挤出,保证密实无空洞;当平行粘贴多条碳纤维板时,两条板带之间的空隙不应小于5mm

⑥固定碳纤维板

去除周边多余的胶液,用钢架进行固定,适当加压,四周挤出微小胶液为合格。若发现有缝隙或缺胶,用补胶填满。

⑦表面防护

若加固补强构件需要防火时,可在树脂固化后涂刷耐火涂层。涂装应在树脂初期固化后进行,并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。

五、加固检测结果

该桥加固完成后,对其进行挠度、应力和裂缝检测,并对桥梁进行120 %的荷载试验。静载试验结果表明,桥梁体外预应力加固工程满足正常使用要求。对原有裂缝进行修补后,试验中不再产生新的裂缝,标准荷载增加20 %,桥梁仍在弹性范围内工作,加固是成功的。

六、结语

碳纤维布加固技术是桥梁加固的一种重要方式。通过加固工程实践证明,这种加固方式不仅解决了工程急需的技术难题,而且达到了安全、经济、环保的目的,因此粘贴碳纤维布桥梁混凝土加固方式在桥梁加固中得到了广泛的应用。

【作者】张贵宗【单位】养护科
打印】 【关闭 【责任编辑】 王轶