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深度解析 | 桥梁预应力碳纤维板加固技术

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发表于 2020-9-29 01:29:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
桥梁作为公路铁路等交通枢纽,在交通运输中发挥着至关重要的作用。桥梁的主要建筑材料-钢筋混凝土随着使用时间的延长会产生以下主要问题:
第一,由于材料老化、腐蚀和人为等原因,导致结构开裂,使结构的承载能力下降;
第二,在钢筋混凝土结构中,普遍存在着钢筋锈蚀的问题,钢筋尤其是预应力钢筋锈蚀后导致结构的承载能力大大下降,严重的会使结构失效,最终酿成坍塌的后果。 111.jpg
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如何提高结构的耐久性、延长结构的使用寿命是一个需要认真研究和急需解决的问题。结构的加固改造技术不仅能提高建筑物的耐久性和使用寿命,更能起到补强加固的作用。
预应力碳纤维板加固系统是规范中规定可以在不卸荷、不阻断交通情况下进行有效加固的少数加固方法,同时所用材料具备高强纤维复合材料轻质、高强、耐老化的特点,加固后几乎不增加原结构的自重和体积,是非常理想的桥梁加固解决方案。
444.jpg 增大截面面积法
555.jpg 粘贴纤维片材加固法
666.jpg 体外预应力加固法
常用加固方法
桥梁结构常用的抗弯加固方法包括增大截面加固法、粘贴钢板(或包钢)加固法、粘贴纤维片材加固法、简支变连续加固法、增设支点加固法、增设辅助结构加固法、体外预应力加固法等。

体外预应力钢束加固法
体外预应力束加固体系需要在梁端附近增设锚固横梁或锚固块,在桥跨内增设转向横梁,同时需要对原结构进行横向加固。锚固横梁内需沿横桥向张拉和锚固无粘结预应力束以改善局部应力,在构造上需预埋导管、锚圈、垫板、螺旋筋等,锚具需进行防腐处理;在转向横梁内埋设转向器;在钢绞线外包裹护套,对较长的钢束还应设置减振器。
预应力碳板加固法
预应力碳纤维板加固技术属于主动加固技术,是一种新型的碳纤维加固技术,结合了碳板的高强度和施加预应力的特点,具有碳纤维板的强度利用率高,显著增加结构的强度和刚度的同时能减少钢筋混凝土结构的挠度变形,并能减少和封闭裂缝。自重轻,对结构损伤小,施工简便,加固效果好等优势。
预应力碳纤维板加固系统包括碳纤维板、张拉锚固单元、配套胶黏剂等。主要适用于梁、板结构的抗弯加固,控制裂缝加固。
对于截面刚度较大的桥梁而言,增大截面法对截面刚度和抗弯强度的提高效果较明显,但对抗裂性的提高幅度较低;粘贴钢板(或包钢)或纤维板法对抗弯强度的提高较为明显,但加固材料本身的刚度相对较小,因而对抗裂性能的提高有限。体外预应力法属主动加固法,能够实现梁体内部应力的重分配,是用于提高桥梁结构抗裂性的有效方法。预应力碳板“爆炸式”破坏实验
在对预应力碳板的拉伸过程中,全截面碳纤维丝束均参与受力,在达到最大抗拉应力时,产生“爆炸式”破坏。
相对于碳纤维布,经过树脂浸渍和固化处理的碳纤维板具有更好的结构整体性和材料均匀性,在承受平行于纤维方向的拉伸荷载以及垂直于纤维方向的挤压荷载时,碳纤维板更容易保证全截面内纤维受力的均匀性,因而能够更加充分地发挥出碳纤维材料的抗拉强度,也具有更高的加固效率。所以一般地,选择碳纤维板材作为体外预应力张拉用材料。
预应力碳板加固技术的应用
关于预应力碳纤维板在桥梁加固方面有哪些具体应用,我们可以结合具体案例来进行分析。
项目名称:丽水新海线老矮桥维修加固工程
张拉力值:张拉应力为1000MPa,20吨。
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施工难点:箱梁有很大弧度,给锚具安装及张拉带来很大困难。
该桥经2016年7月检测,箱梁底板有裂缝202条,腹板有裂缝468条,超限裂缝24条。
经过受力分析与计算得出:该桥病害主要由抗裂不足引起。设计在箱梁腹板设置两条预应力碳纤维板进行加固。但由于箱梁弧度很大,给张拉带来了很大困难。
本项目通过分析与模拟计算,采用凸面预应力碳板和凹面预应力碳板克服了箱梁具有弧度的问题,采用压条方法,达到预应力碳板与T型梁贴合,达到了理想的加固效果。


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