用碳纤维板加固桥梁结构的负弯矩区

概述 桥梁的老化破坏是世界范围内的难题。老化的主要因 素有: 龄期、交通运输和环境影响( 雨水、融水盐等) ，其中重 型卡车的循环性荷载是关键因素。车辆的反复荷载会引起 桥面板的疲劳破坏。用碳纤维增强聚合物( CFRR) 加固已 老化的桥梁已很普及。CFRP 有很多优点: 它具有很高的 “强度———重量”比，抗腐蚀、抗疲劳能力强，施工简单，造价 低。这一加固技术在国内外已得到普遍认可。碳纤维板加固 近十几年来，由于大型车辆的出现和交通量的增加，公 路桥梁的疲劳问题已开始突显。我国对公路桥梁的疲劳问 题研究尚少，对CFRP 加固后的疲劳则研究更少。以往的 CFRP 加固，大多是对正弯矩区，负弯矩区加固甚少。在负弯 矩区的混凝土保护层中开槽，再嵌入碳纤维板条，用环氧树 脂粘结，便完成了对负弯矩区的加固。这里，对加固后的桥 梁构件施加了静载和疲劳荷载，对加固前后的承载能力和疲 劳性能进行了对比分析。 用CFRP 加固过的混凝土构件，其抗疲劳能力有了很大 提高。CFRP 自身的抗疲劳性能与其组成有关，即有它的基 质材料和增强纤维决定。碳纤维具有很好的抗疲劳能力。 因此，用它加固混凝土构件时，它自身不会引起疲劳破坏。 然而，随着疲劳荷载的增加，结构会产生破坏积累，最终引起 疲劳破坏。CFRP 和混凝土接触界面的老化也会影响加固体 系的疲劳性能。应力变化幅度在很大程度上影响构件的疲 劳寿命。碳纤维板加固未加固的构件会使钢筋应力下降，破坏模式是 CFRP 的开胶脱落。 碳纤维板加固2 试验方法 观察加固效果的试验分为三种情况: ( 1) 悬臂桥面板， 在静载作用下达到破坏，以检验结构的承载能力; ( 2) 悬臂 桥面板承受36 万次疲劳荷载，观察结构的抗疲劳性能; ( 3) 在连续两负弯矩区分别施加静载和循环荷载，直至破坏，观 察用嵌固法加固的效果。碳纤维板加固 2． 1 材料 混凝土28 d 强度为26 MPa，抗拉强度为1． 9 MPa，弹性 模量为33 GPa; 钢筋屈服强度为350 MPa，弹性模量 206 GPa; CFRP 复合材料为碳纤维增强环氧树脂，是由工厂 预知的成品板条，CFRP 的抗拉强度为2 664 MPa，弹性模量 188 GPa，极限延伸率1． 42%; 环氧树脂粘合剂抗压强度79 MPa，抗拉强度37 MPa，弹模5． 8 GPa，线胀系数38 × 10 － 6 /℃。 2． 2 试件 在负弯矩区采用嵌入CFRP 进行加固。一种是悬臂桥 面板，一种是连续梁。碳纤维板加固混凝土保护层为30 ～ 40 mm，负弯矩 区嵌入单层CFRP 条加固。先在混凝土保护层中开槽，槽宽 10 cm，深0． 5 cm。现在槽内填入部分环氧树脂，之后将 CFRP 条嵌入，再用环氧树脂填满抹平。CFRP 条的断面尺 寸为5 cm × 0． 12 cm。碳纤维板加固 2． 3 试验过程 未加固的构件，开裂弯矩为20． 6 kN·m; 未加固的构件 极限弯矩为66． 8 kN·m，加固后的构件为112． 5 kN·m。 另外，由于负弯矩区嵌入了CFRP，使得该出的弯矩峰值下 降，应力得到重分布，从而使裂缝更分散、更均匀。 构件未进行加固时，在疲劳荷载作用下，仅达到6 000 次循环时，破坏积累就迅速增加，碳纤维板加固挠度加大; 采用CFRP 加固 后，破坏积累变得缓慢，知道240 000 次循环。这意味着负 弯矩加固提高了结构的使用寿命。

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