【技術】粘貼鋼板和粘貼碳纖維對比及其在橋梁加固中實際應用

粘貼鋼板和粘貼碳纖維是橋梁加固中常用的兩種被動加固方法，都是采用環氧樹脂或建筑結構膠，將加固材料直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土結構物的受拉或抗剪薄弱部位，使之與結構物形成整體共同受力，以提高結構的承載力或剛度，改善受力狀態，限值裂縫的開展。兩種加固方法在材料性能、受力狀態、計算原理、加固效果等方面均存在不同，因此兩者有不同的適用范圍，在實際工程中我們應加深認識，區別應用，使兩種方法盡量發揮各自優勢，物盡其用，達到一定的加固效果。

研究資料表明，粘貼碳纖維加固鋼筋混凝土梁，鋼筋屈服后，受拉區碳纖維不一定達到極限拉應變而破壞；而粘貼鋼板加固鋼筋混凝土梁發生適筋梁破壞時，受拉鋼筋和鋼板屈服，受壓區混凝土達到極限壓應變。在常用的粘貼范圍內，粘貼4-8mm鋼板對梁的承載力和剛度提高效果都優于粘貼2-3層碳纖維布，粘貼碳纖維布加固沒有發揮材料的高強度作用，對構件受壓區混凝土、受拉區鋼筋拉應力改善不明顯。粘貼碳纖維布適用于構件抗裂加固；粘貼鋼板加固適用于提高梁的承載力和整體剛度。

基于上述認識，本文通過實際工程，對橋梁不同構件不同缺損狀況加以計算分析和探討，對癥施治，分別采用兩種方法進行加固，希望對同類工程提供參考和借鑒。

1.1 橋梁基本資料

G307國道獻縣境內滏陽新河大橋上部結構采用13×16m裝配式普通鋼筋混凝土簡支空心板，下部結構為雙柱式墩臺，鉆孔灌注樁基礎，橋梁全長224m，設計交角135°，橋梁寬度：0.5m護欄+凈11.5m+0.5m護欄，橋梁全寬12.5m；設計荷載：汽-20級，掛車-100。經橋梁檢測中心和養護管理單位檢測評定，該橋總體技術狀況等級評定為三類。

1.2 橋梁主要缺損狀況

1.3缺損原因分析

1、G307公路交通量大，使得橋梁技術狀況下降、適應度不足。

2、空心板底局部裂縫為非結構裂縫，是由于空心板底未設置通氣孔，致使養護積水和橋面積水滲漏進入孔洞內無法排出，積水處混凝土發生集料反應，加之凍融作用，形成網狀裂縫并伴有泛白現象。

3、空心板之間橫向連接較弱，各板受力不均勻，輪載作用位置單板受力過大，造成鉸縫脫落，橋面鋪裝縱向裂縫，伴有車轍和高低不平現象。

4、原設計瀝青混凝土橋面鋪裝配筋偏少，無抗剪鋼筋，造成橋面鋪裝強度不足，與空心板結合較差。

5、該橋為彎坡斜橋，橋梁運營使用中易出現上部結構橫向位移、支座脫空等現象。

6、設計或使用狀態下承載能力不足。

7、施工、養護或其它等方面原因。

2.1 結構驗算結果

2.2驗算結果分析

根據上述驗算結果可知，在設計狀態下，空心板抗彎和抗剪承載力均滿足設荷載要求，但抗彎承載力富余量和安全度不夠，橋墩蓋梁柱頂抗彎和抗裂均不能滿足設計荷載，在實際使用狀態下，由于超載作用和單板受力效應，空心板抗彎承載力存在不足，因此空心板跨中和蓋梁柱頂部位需分別進行補強加固。

2.3 方案確定

根據前言所述，粘貼碳纖維布適用于抗裂加固，粘貼鋼板加固適用于提高梁的承載力和剛度。

通過上面驗算分析，空心板跨中抗彎承載力滿足設計荷載，板底局部裂縫為非結構裂縫（縫寬未超限），裂縫的存在和發展，可能造成鋼筋的銹蝕，降低空心板承載力，因此抑制裂縫發展是主要目的，適宜采用粘貼碳纖維法。碳纖維布粘貼于板底混凝土表面，由于浸漬底膠的滲透和粘結，不僅封閉了原有混凝土裂縫，其高強度和高模量還限制了混凝土裂縫的發展，同時適當提高混凝土抗彎承載力，一舉兩得。

蓋梁柱頂負彎矩區為結構裂縫，是正截面抗彎承載力不滿足設計荷載要求所致，因此采用粘貼鋼板加固，補充鋼筋不足，提高承載力和剛度更為適合。

3.1 上部結構　　

1、澆筑橋面鋪裝混凝土之前，空心板頂采用植筋方式增設抗剪鋼筋（Φ12），每板頂兩列，順橋向間距40cm，縱向交錯布置。

2、病害較嚴重空心板底（2-3、2-4、3-3、3-4、4-3、4-4、7-5、8-4、8-5、8-6、9-4、10-5#，共計12片)粘貼碳纖維布（CFRP）加固處理，碳纖維片材規格為300g/m2、設計厚度0.167mm、I級布材，采用單層縱向條帶狀密布粘貼，兩端設橫向壓條。

3、空心板底滲水嚴重處增設通氣孔，排出孔洞內積水，使空心板孔洞內保持通風、干燥、清潔的狀態。通氣孔采用Φ14-16mm電錘（沖擊鉆）成孔，成孔直徑應小于20mm；施工時可根據實際情況（板底縱坡、裂縫滲水位置、鋼筋位置等）適當調整成孔位置。鉆孔后應對鉆孔引起的孔周混凝土保護層剝落、露筋或裂縫處進行修補封閉處理。

3、鑿除并重作全橋空心板間鉸縫，采用微膨脹混凝土。

圖1　空心板粘貼碳纖維加固設計圖

3.2 下部結構

1、橋墩蓋梁柱頂兩側面粘貼Q235鋼板（7000×250×8）加固，鋼板采用膨脹錨栓錨固，鋼板表面防腐處理后，采用2cm厚聚合物砂漿抹面；粘貼加固前應先進行蓋梁裂縫注漿封閉和粘貼部位的混凝土表面處理。

2、對橋梁下部及橋梁其余位置局部破損或裂縫處，進行混凝土修補和裂縫封閉處理。

(a) 蓋梁立面

(b) 蓋梁側面

圖4　蓋梁加固設計圖

4.1底層處理

1、用裂縫修補膠灌注結構裂縫。

2、將混凝土表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化部分清除，并進行清洗、打磨，待表面干燥后，用修補材料將混凝土表面凹凸部位修復平整。如果有毛刺，應用砂紙打磨。找平面用手觸摸感覺干燥后，才能進行下一工序的施工。

3、粘貼處陽角應打磨成圓弧狀，陰角以修補材料填補成圓弧倒角，圓弧半徑不應小于25mm。

4.2 涂刷底膠

1、調制好的底膠應及時使用，用一次性軟毛刷或特制滾筒將底膠均勻涂抹于混凝土表面，不得漏刷、流淌或有氣泡。待底膠固化后檢查涂膠面，如涂膠面上有毛刺，應用砂紙打磨平順，如膠層被磨損，應重新涂刷，固化后方可進行下一道工序。

2、底膠固化后應盡快進行下一道工序，若涂刷時間超過7天，應清除原底膠，用砂輪機磨除，重新涂抹。

4.3 粘貼纖維復合材料

1、雨天或空氣潮濕條件下不宜施工。

2、纖維復合材料粘貼宜在5℃～35℃環境溫度條件下進行，膠粘劑的選用應滿足使用環境溫度的要求。

3、在待加固的混凝土表面按照設計圖紙放樣，確定纖維復合材料各層的位置。

4、按照設計尺寸裁剪纖維復合材料，纖維復合材料搭接長度不宜小于100mm，搭接位置宜避開主要受力區。裁剪的纖維布材必須呈卷狀妥善擺放并編號。已裁剪的纖維復合材料應盡快使用。

5、粘貼纖維復合材料前應對混凝土表面再次拭擦，確保粘貼面無粉塵。混凝土表面涂刷膠粘劑時應做到膠體不流淌，膠體涂刷不出控制線，涂刷均勻。

6、粘貼立面纖維復合材料時應按照由上到下的順序進行。用滾筒將纖維復合材料從一端向另一端滾壓，除去膠體與纖維復合材料之間的氣泡，讓膠體滲透到纖維復合材料，浸潤飽滿。選用的滾筒應在滾壓過程中不產生靜電作用。

7  當采用多條或多層纖維復合材料加固時，在前一層纖維布表面用手指觸摸感到干燥后立即涂膠粘劑粘貼后一層纖維復合材料。

8  最后一層纖維復合材料施工結束后，在其表面均勻涂抹一層浸漬樹脂（面層防護），自然風干。

5.1 混凝土表面處理

1、處理裂縫。

2、混凝土剝落處鋼筋除銹、環氧砂漿修補。

3、表面清洗打磨，使粘貼面保持平整、清潔、干燥。

5.2 鋼板加工處理

1、對鋼板進行放樣下料，下料宜采用工廠自動、半自動切割方法，切割邊緣表面光滑，無毛刺、咬口及翹曲等缺陷。

2、鋼板粘合面可用噴砂或平砂輪打磨直至露出金屬光澤，打磨紋路應與鋼板受力方向垂直，鋼板粘合面應有一定的粗糙度；鋼板外露面必須除銹至呈現金屬光澤并保持干燥。

3、按設計圖的錨栓孔位置在蓋梁側面鉆孔安裝部分膨脹錨栓（懸掛鋼板用，其余錨栓待鋼板粘貼后取孔安裝），為避開內部鋼筋，容許適當移動鉆孔位置，應采取措施使拱肋上鉆孔和鋼板鉆孔位置吻合。

4、將鋼板分別懸掛于相應位置錨栓上并簡單固定，焊接成為整體。

5.3 配制膠黏劑

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