第二章 梁橋上部結(jié)構(gòu)加固與改造
第一節(jié) 梁橋加固基本原理
一、梁橋基本力學(xué)圖式
如圖2-1所示，在荷載作用下，梁式橋梁結(jié)構(gòu)是一種純彎結(jié)構(gòu)，只承受荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩，根據(jù)材料力學(xué)基本原理，其計算公式為：
圖2-1 梁橋基本力學(xué)圖示
（2-1）
式中：σ——在荷載作用下，主梁產(chǎn)生的拉(壓)應(yīng)力；
M——荷載對主梁產(chǎn)生的彎矩；
W——主梁截面的幾何抗彎彈性模量。
由此可見，梁式橋梁的主梁受力狀況由三個要素決定，即：荷載(恒載、活載)作用產(chǎn)生的內(nèi)力(彎矩)、主梁截面的面積決定的截面幾何特性(慣性矩、幾何抗彎彈性模量)、以及主梁材料的自身強(qiáng)度決定。當(dāng)外界條件改變，如車輛荷載增加、超限、超重等，對橋梁引起的內(nèi)力增大，超過主梁結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度的允許范圍時，勢必造成主梁受拉部位開裂、破損、承載力下降，成為舊危橋，隨著運(yùn)營年限的增加，各種外界因素導(dǎo)致材料性能惡化、強(qiáng)度降低，也將造成原橋承載力下降、開裂、破損，最終成為舊危橋。
二、加固基本原理
盡管目前梁式橋梁加固、提高承載力的方法和技術(shù)種類繁多，但基本原理卻是相同的，歸納起來都是遵循力學(xué)的基本原理，從橋梁結(jié)構(gòu)的外界因素和內(nèi)在狀況改變的角度進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)提高承載力。
1.從外因角度通過結(jié)構(gòu)性能改變，提高主梁的承載力
?。?）增大主梁截面面積
采用增加主筋、噴射混凝土、現(xiàn)澆混凝土、外包混凝土加大主梁截面尺寸，以及加厚橋面增加輔助構(gòu)件等加固方法，都是屬于增加主梁截面的加固方法和技術(shù)。從式2-1可知，采用增大主梁截面的方法加固，其目的是增加主梁截面的慣性矩或幾何抗彎模量，當(dāng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力(彎矩)不變，或荷載等級提高時，通過改變截面面積的途徑，減少主梁截面承受的拉力(通常壓應(yīng)力不控制承載力)，使其不超過主梁材料性能承受范圍，即σ<[σ]，從而達(dá)到加固主梁，提高承載能力的目的。
?。?）增加主梁的強(qiáng)度
對主梁采用環(huán)氧砂漿(膠漿)、粘貼鋼板(筋)、環(huán)氧玻璃鋼、碳纖維布、芳綸纖維布等高強(qiáng)材料，增加主梁的強(qiáng)度，都是屬于此類加固方法和技術(shù)。從式(2-1)可知，采用增加主筋強(qiáng)度的方法，在不變主梁截面的前提下，當(dāng)荷載等級不變或荷載等級增加時，增加了主梁的強(qiáng)度，使荷載對主梁產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于補(bǔ)強(qiáng)材料的強(qiáng)度，即σ<[σ]，從而達(dá)到加固主梁，提高主梁承載力的目的。
2.從內(nèi)因角度通過調(diào)整內(nèi)力提高主梁的承載力
改變原橋結(jié)構(gòu)體系，采取將簡支梁體系改變?yōu)檫B續(xù)梁體系、加八字支撐改變橋梁的跨徑，或通過外加預(yù)應(yīng)力將主梁結(jié)構(gòu)由純彎結(jié)構(gòu)變?yōu)閴簭澖Y(jié)構(gòu)，減少原橋主梁承受的荷載內(nèi)力，根據(jù)式2—l可知，減少主梁承受的拉應(yīng)力，即σ<[σ]，從而與上述加固方法一樣，同樣可以達(dá)到加固主梁，提高承載能力的目的。
綜上所述，無論采取何種加固方法和加固技術(shù)，無論采取外部條件改變主梁的結(jié)構(gòu)性能，還是通過結(jié)構(gòu)體系的改變調(diào)整主梁內(nèi)力的加固方法，其基本原理都是為了減少主梁承受的拉應(yīng)力或增強(qiáng)主梁承受拉應(yīng)力的能力，滿足結(jié)構(gòu)受力的需要，提高原橋梁的承載能力。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，將還有更多的橋梁加固新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和問世，促進(jìn)橋梁維修、養(yǎng)護(hù)、加固與改造技術(shù)的發(fā)展。
第二節(jié) 增大梁截面加固方法與技術(shù)
目前，國內(nèi)有相當(dāng)一部分橋梁，在修建年代時，荷載等級僅適應(yīng)當(dāng)年的要求，因而按當(dāng)時荷載等級設(shè)計的橋梁，面對今天交通事業(yè)的發(fā)展，已表現(xiàn)出荷載等級偏低、承載力不足的缺陷，病害逐漸產(chǎn)生和發(fā)展，成為危橋。其主要原因是：原橋鋼筋和截面尺寸偏小，不能滿足當(dāng)今交通需要。對于這部分橋梁，可以采用增大構(gòu)件截面的方法進(jìn)行加固。增大構(gòu)件截面的途徑有：增加受力鋼筋主筋截面、加大主梁混凝土截面、加厚原橋面板和噴錨四種方法。
一、增焊主筋加固法
當(dāng)結(jié)構(gòu)因主筋應(yīng)力超過容許范圍，而橋下凈空受到限制時，不能加大截面高度，只能采用增焊主筋進(jìn)行加固，其加固要點(diǎn)如下：
1.增焊主筋
首先鑿開混凝土保護(hù)層，露出主筋，將原箍筋切斷拉直，再把新增鋼筋焊在原主筋上，增焊鋼筋斷頭宜設(shè)在彎矩較小的截面。為減少焊接時的溫度應(yīng)力，應(yīng)采用雙面焊縫，從跨中向兩端依次施焊。
2.增設(shè)箍筋
如果原橋梁的箍筋不足，梁腹出現(xiàn)剪切裂縫，則加固過程中，在增焊主筋的同時，應(yīng)在梁的側(cè)面增加箍筋。具體作法是：在梁腹上埋人梢釘，把補(bǔ)充的箍筋固定起來，并把箍筋上端埋入橋面板中。
3.卸除部分恒載
加固時，為了減少原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力，使新增加的鋼筋充分發(fā)揮作用，有條件時應(yīng)采取多點(diǎn)頂起措施，將梁頂起或鑿除部分橋面鋪裝，然后再進(jìn)行加固(起頂位置和噸位由計算來確定)。
4.恢復(fù)保護(hù)層
鋼筋焊接好并接長箍筋后，應(yīng)重新做好保護(hù)層。材料最好是用環(huán)氧樹脂小石子混凝土(砂漿)或膨脹水泥混凝土(砂漿)。修復(fù)保護(hù)層，通常有三種可供選擇使用的方法：涂抹法、壓力灌注法、噴護(hù)法。采用噴護(hù)法時，應(yīng)采取分層噴護(hù)水泥砂漿，每次噴涂厚度為l-3cm為宜，待砂漿達(dá)到一定的強(qiáng)度后，最后進(jìn)行表面修整。
5.加固實(shí)例
江蘇省楊州誦河澗橋，為單孔10m鋼筋混凝土空心板梁橋，橋面凈寬5.35m，設(shè)計載荷為汽一13、拖一60，1970年建成。
1981年檢查發(fā)現(xiàn)，在板梁下緣，從跨中至兩側(cè)1／4跨徑之間，有少許裂縫(縫寬0.1～0.2mm)。按汽一20、掛一100載重標(biāo)準(zhǔn)加固；加固方法是：在梁板底主筋之下，加焊了¢22mm鋼筋，并分段澆筑4cm厚的封底早強(qiáng)混凝土，如圖2-2所示。
本橋加固前后，均作了荷載試驗(yàn)。加固后，在汽一20作用下，跨中撓度為1.952(10—9m)，橋臺垂直位移0.14mm，無水平位移，全部加固費(fèi)用約9500元。
圖2-2 主鋼筋加固板梁示意圖（尺寸單位：cm）
a)原有板梁;b)加固后板梁斷面圖
二、增大梁肋加固法
1.在現(xiàn)有橋梁中，有一部分橋梁是屬于T型截面的橋
這類橋常因原截面高度不夠，或面積過小，導(dǎo)致承載能力不足，出現(xiàn)了病害。對于這部分橋梁，通常是將梁的下緣加寬加強(qiáng)，擴(kuò)大截面，并在新混凝土截面中增設(shè)受力主筋。在靠近支座處，主筋上彎，與原結(jié)構(gòu)主筋相焊接，如圖2-3所示
圖2-3 主梁加固斷面圖
在澆筑新混凝土截面時，為了保證新舊混凝土之間有良好的粘結(jié)，須在澆筑混凝土前，先將結(jié)合部位的舊混凝土表面鑿毛，露出骨料，清洗干凈。同時每隔一定距離鑿露出主筋，以便通過錨固將新增加的主筋與原結(jié)構(gòu)中的主筋連接，新增加的混凝土一般采用懸掛模板現(xiàn)場澆筑。
2.加固實(shí)例
江蘇蘇州地區(qū)，青洋港橋?yàn)閱慰?mdash;—13.5m鋼筋混凝土T梁橋，橋面凈寬6.5m，設(shè)計載荷汽—13、拖—60，1959年建成。因礙航，1980年拆建。江蘇省交通科研所等單位，選擇拆下的兩片T梁橋加固試驗(yàn)。兩片梁在受拉處均有裂縫，除個別外，縫寬均小于0.20mm。
取一片T梁進(jìn)行加固，其方法是在T梁梁肋下新澆一馬蹄形斷面，馬蹄形兩側(cè)比梁肋寬5cm，其上口高于肋底。馬蹄形斷面內(nèi)新加的4根主筋預(yù)先按設(shè)計圖彎成元寶形，先把上下兩層鋼筋與用5mm鋼筋板彎成的箍筋焊成骨架，并在老梁梁肋下端每隔70cm左右鑿去保護(hù)層，然后把新加上的主筋連同鋼板箍筋電焊在老梁主板上，新澆的梁肋在梁端往跨中94cm處開始向梁端支點(diǎn)前作一斜面，以便橋孔上、下梁不起吊也可加固。
經(jīng)驗(yàn)算，原T梁翼板可以通過汽—20荷載，加固設(shè)計的計算按全部恒載均由老梁斷面承受，活載由補(bǔ)強(qiáng)后的斷面承受，用應(yīng)力組合的方法計算鋼筋與混凝土應(yīng)力。
加固后的T梁與未加固的T梁均進(jìn)行了荷載試驗(yàn)。兩者比較，在汽—20作用下，前者跨中撓度減小57%，最后一排鋼筋應(yīng)變，跨中減小46%， 1/4跨減小40%；頂面混凝土應(yīng)變，跨中減小47%，1/4跨減小64%。
與另座新梁比較，加固T梁節(jié)省混凝土63%，鋼筋50%，是制造新梁工作量的75%。
三、加厚橋面板加固法
1.橋面加厚補(bǔ)強(qiáng)
當(dāng)原橋的承載能力不足，截面面積過小，而墩臺及基礎(chǔ)較好，承載力較大，為了方便施工，有的橋?qū)⒃袠蛎驿佈b層拆除，在橋面板上澆筑一層新的鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，用以提高橋梁的抗彎剛度，這種加固補(bǔ)強(qiáng)方式稱為“加厚法”。
為了使新舊混凝土有良好的結(jié)合，應(yīng)把原橋面板表面鑿毛洗凈，每隔一定的距離都要設(shè)置齒形剪力槽或埋設(shè)樁狀[鋼筋柱]剪力鍵T，或用環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)層。同時，在橋面板上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，以增強(qiáng)橋面板的整體性和抗壓能力，防止新澆筑的混凝土補(bǔ)強(qiáng)層開裂。鋼筋網(wǎng)的直徑和間距根據(jù)板的受力要求來確定。加固后重新鋪設(shè)橋面的鋪裝層。
這種方法由于加厚部分使橋梁自重和恒載彎矩增加較多，并且仍然是原結(jié)構(gòu)下緣受拉鋼筋應(yīng)力控制設(shè)計，故此加固方法一般只適用于跨徑較小的T形梁橋或板梁橋，而且在加固前應(yīng)對梁(板)的受力狀況進(jìn)行詳細(xì)分析，在梁(板)下翼緣強(qiáng)度容許的限度內(nèi)確定橋面的加厚高度。
對于有三角墊層的橋面板，可將原作為傳力結(jié)構(gòu)的三角墊層鑿去，代之以與原橋面板結(jié)合為整體；共同受力的鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，或用鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層取代橋面鋪裝層。這樣在不增加橋梁自重的情況下進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，效果更為明顯。
1. 加固實(shí)例
(1)江西省西堡橋：為3孔6.24m的鋼筋混凝土Ⅱ型梁橋，設(shè)計荷載：汽一13、拖--60。在(南)昌一贛(州)公路改建中，結(jié)合橋梁加寬，采取加厚橋面板的方法進(jìn)行加固，使橋梁的荷載等級提高到汽一20、掛一100。Ⅱ形板上加鋪8cm厚的C25混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，內(nèi)設(shè)鋼筋：縱向¢12mm鋼筋，間距12cm；橫向?yàn)?cent;16mm鋼筋，間距15cm。
(2)江蘇省孟姜橋：為單孔8.8m裝配式空心板梁橋，原橋荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽一13、拖-60。采用加高空心板的方法進(jìn)行加固，同時將車道寬度由6.8m加寬到9m．使荷載等級提高到汽一20、掛一100。
加固時，先加寬橋臺，然后在橋的兩側(cè)各增加一片邊梁，加寬橋面，最后才在原有橋面板上澆筑空心混凝土板加固補(bǔ)強(qiáng)。
四、 噴射混凝土加固法
當(dāng)原橋橋面積過小，下緣主拉應(yīng)力超過容許值出現(xiàn)裂縫，而橋下凈空又允許時，采用噴射加固法進(jìn)行加固。其加固要點(diǎn)如下：
1. 采用灌漿法修補(bǔ)裂縫
2. 布設(shè)鋼筋網(wǎng)
按照提高承載能力的需要，在橋下緣布設(shè)鋼筋網(wǎng)。通常是按一定的間距將梁底的保護(hù)層鑿除，通過連接鋼筋先將部分鋼筋沿橋面縱橫向焊接到原主筋上，構(gòu)成鋼筋骨架。然后根據(jù)加固設(shè)計要求，按一定間距將其余的鋼筋焊接或綁扎在鋼筋骨架上，構(gòu)成鋼筋骨架。鋼筋網(wǎng)的作用在于承受拉應(yīng)力，提高噴層強(qiáng)度，傳遞溫度應(yīng)力，減少收縮裂紋，加強(qiáng)噴射混凝土的整體性等。
2. 噴射混凝土
噴射混凝土層的厚度，根據(jù)設(shè)計需要確定，每次噴射厚度不宜超過3-8cm，若需加厚，應(yīng)反復(fù)多噴幾次，復(fù)噴混凝土?xí)r間，應(yīng)視水泥品種、施工氣溫和速凝劑摻量等因素而定。噴錨混凝土，可采用早強(qiáng)普通混凝土，也可采用鋼纖維增強(qiáng)混凝土，有條件的地方宜盡量采用鋼纖維增強(qiáng)混凝土，加固效果更好。采用錨噴法加固橋梁，施工不需立模、搭架簡單、施工方便、工期短、補(bǔ)強(qiáng)效果好。但需要專門的噴射混凝土機(jī)具，對噴射手的技術(shù)要求較高，其技術(shù)水平將直接影響加固補(bǔ)強(qiáng)的質(zhì)量。
第三節(jié) 粘貼加固方法與技術(shù)
一、粘貼鋼板加固法
1. 鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法概念
鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法是：采用環(huán)氧樹脂系列粘結(jié)劑，將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉區(qū)域或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，用以代替需增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，通過鋼板與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的共同作用，提高其剛度，限制裂縫開展，改善鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提高梁的承載能力，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。
用粘貼鋼板來加固橋梁，在國外已得到廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)也有不少實(shí)列，這是因?yàn)檫@種加固法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）不需要破壞被加固的原有結(jié)構(gòu)物；
?。?）加固工程幾乎不增大原結(jié)構(gòu)物的尺寸；
?。?）盡管工程質(zhì)量要求很高，但施工時并不要求高級的專門技術(shù)人員操作；
?。?）能在短期內(nèi)完成加固工程；
?。?）幾乎可以不改變具有歷史價值建筑的原有藝術(shù)特點(diǎn)；
據(jù)上海公路管理處嘉定縣公路管理所與同濟(jì)大學(xué)建筑工程分校的試驗(yàn)，在梁底粘貼兩條厚8mm、寬20mm、長600mm、高40cm的鋼板，按汽一15、掛一80荷載標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計)，與未加固的同尺寸空心板比較，其極限承載能力提高1.37倍。按撓度進(jìn)行比較，其控制的容許集中荷載比汽一20相當(dāng)?shù)募泻奢d提高1.66倍。
2. 鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計
許多試驗(yàn)結(jié)果表明，粘貼后鋼板與原有結(jié)構(gòu)能夠共同作用。因此，補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計時，鋼板可作為鋼筋的斷面來考慮，將鋼板換算成鋼筋，原有構(gòu)件承受恒載與活載，增加的鋼板承受原有構(gòu)件承受不了的那部分活載。
當(dāng)用來提高構(gòu)件的抗彎能力時，應(yīng)把鋼板粘貼在梁(板)受拉翼緣的表面上，使鋼板與混凝土作為整體受力，根據(jù)鋼板與混凝土接縫處混凝土局部剪切強(qiáng)度控制設(shè)計。用于粘貼的鋼板尺寸應(yīng)盡可能薄而寬，厚度一般為4—6mm。薄鋼板還可有足夠的彈性適應(yīng)構(gòu)件的表面狀況。合理的設(shè)計應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服變形前，混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。為避免鋼板在自由端脫落，端部可用夾緊螺栓固定，或在鋼板上按一定的距離用螺栓固定，效果更有保證。
當(dāng)粘貼鋼板用以加固和增加梁的剪切強(qiáng)度時，鋼板應(yīng)粘貼在梁的側(cè)面，跨縫粘貼。用于粘貼的鋼板可以是塊狀的，也可以是帶狀的，如圖2-5所示。帶狀鋼板沿垂直于裂縫的方向粘貼、斜度一股為45。—60。。梁的上下端應(yīng)設(shè)水平錨固板，以提高端部的錨固強(qiáng)度。鋼板厚度依設(shè)計而定，一般為10-15mm。
圖2-5 粘貼鋼板加固圖
3. 鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法的施工工藝
鋼板粘貼依據(jù)采用粘結(jié)劑的不同，其施工工藝也有所不同。若粘結(jié)劑為液狀時，用灌漿法；若粘結(jié)劑為膠狀時，用涂抹法。兩種施工工藝是在粘結(jié)劑的使用方法上有所不同。前者在鋼板安裝后用注入法加入；后者是在鋼板粘貼前用涂刷法事先涂好；而其他施工工藝過程沒有什么區(qū)別?，F(xiàn)把涂抹法的施工過程敘述如下，而灌漿法也基本相似。
(1)鋼板制作
制作用于粘貼加固的鋼板，并對其表面進(jìn)行處理。鋼板按所需尺寸切割而成。鋼板表面在粘貼面可采用刨床加工成菱形，格狀刻痕，以增加粘性能。鋼板除銹采用手工操作鋼絲刷除銹，有條件時采用噴砂除銹；用沖擊電鉆在鋼板與混凝土底面上鉆孔，鋼板鉆孔按一定間距和錨栓規(guī)格鉆孔后運(yùn)到工地，鉆孔位置可采用梅花形，如圖2-6所示。
圖2-6 鋼板錨栓孔梅花形布置
(2)表面處理
為了得到良好的粘貼效果，必須事先對鋼板和混凝土的粘貼面進(jìn)行認(rèn)真的處理。首先應(yīng)將混凝土表面的破碎部分清除，然后鑿平鑿毛，使其骨料裸露出來，并用鋼絲刷或壓縮空氣清除浮塵，粘貼鋼板前還需用丙酮擦一遍，鋼板表面也應(yīng)先用汽油洗去油污，用噴砂法或砂輪打磨除銹，使表面露出光澤，然后也用丙酮擦洗干凈，最后在鋼板表面涂一層環(huán)氧樹脂薄漿將其保護(hù)起來。
(3)粘貼鋼板
先在混凝土表面上刷一層環(huán)氧樹脂膠漿，然后在鋼板上涂一層環(huán)氧樹脂膠漿，間隔片刻再在鋼板上均勻地鋪一層環(huán)氧樹脂砂漿，一般厚度在2mm左右。隨即將鋼板貼到混凝土表面上，旋緊螺絲進(jìn)行加壓，使多余的膠漿沿板邊擠壓出來，達(dá)到密貼的程度。固化后再卸除螺帽，截去外露的螺絲桿，并留出2～3mm進(jìn)行冷鉚。
(4)加壓方式
鋼板粘貼到混凝土結(jié)構(gòu)上后，為了使鋼板與混凝土表面密貼必須對鋼板加壓。加壓的方式通常有三種：第一種是上述的用螺栓進(jìn)行加壓。即在混凝土粘貼面上每隔一定距離埋設(shè)一根¢12mm的螺栓，鋼板上設(shè)有相應(yīng)的孔，把鋼板粘貼到混凝土表面后立即旋緊螺帽進(jìn)行加壓；第二種方法是用木楔來加壓。即在構(gòu)件下方設(shè)支承梁(從橋下搭設(shè)或從橋上懸掛)，距構(gòu)件底面15—20mm，然后待鋼板粘貼后楔緊木楔施加壓力；第三種方法是利用重物進(jìn)行加壓。當(dāng)在混凝土構(gòu)件的上緣粘貼鋼板時，可以采取在鋼板上面放置重物(鉛塊或鐵塊等)進(jìn)行加壓。
(5)檢查粘貼質(zhì)量
一般是采用肉眼觀察，如發(fā)現(xiàn)鋼板與混凝土表面之間有空隙的地方，應(yīng)及時填入膠結(jié)劑補(bǔ)貼。
(6)防護(hù)處理
目前國內(nèi)外對鋼板補(bǔ)強(qiáng)采取的防護(hù)措施，一般都是采取清除鋼板表面污染，用鋼刷除去螺栓的銹斑，先涂一層環(huán)氧樹脂薄漿罩面，然后再涂兩層防銹漆在上面進(jìn)行保護(hù)。以后每隔1—2年檢查一次防護(hù)層的情況，如發(fā)現(xiàn)有脫漆的地方及時采取措施進(jìn)行修補(bǔ)。該方法雖然簡易可行，施工簡單，但需要經(jīng)常維修保護(hù)，每次重新涂漆都需要搭架、拆架，維修工作量較大、而且繁瑣。故應(yīng)盡可能采用防護(hù)效果好、時間長的長效防護(hù)漆。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼材的防護(hù)技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步，表2-1所列防護(hù)措施可達(dá)20—30年。
加固鋼板防護(hù)材料措施表 表2-1
近年來有的省市利用噴射混凝土，在鋼板上噴射一層混凝土保護(hù)層，既減少了刷漆工序，又大大減少了常年養(yǎng)護(hù)工作量。同時噴射混凝土還與原結(jié)構(gòu)組成噴層——梁體組合工作體系，共同工作，在一定程度上提高了原梁的承載能力，克服了以往鋼板補(bǔ)強(qiáng)易于生銹的毛病，這是一種較好的防護(hù)鋼板污染和銹蝕的方法。但是，采用噴射混凝土防護(hù)，須采取在鋼板外掛網(wǎng)方式保證噴射混凝土與鋼板和原結(jié)構(gòu)的有效粘結(jié)，結(jié)合成整體，否則會因在車輛行駛中振動脫落，失去防護(hù)效果。
二、粘貼鋼筋加固法
當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度較低，受拉部位產(chǎn)生裂縫時，為了加強(qiáng)抗彎構(gòu)件外纖維的抗拉能力，可以采用在受拉部位粘貼鋼筋的方法對橋梁進(jìn)行加固。粘貼鋼筋具有與結(jié)構(gòu)物粘貼性能較好、加工成型容易、加固效果明顯的優(yōu)點(diǎn)。用于粘貼的鋼筋直徑不能過大，以不超過8mm為宜，以減小塑脂層的厚度，節(jié)省材料，降低成本。采用環(huán)氧樹脂砂漿粘貼，環(huán)氧樹脂砂漿的厚度以不使鋼筋外露為標(biāo)準(zhǔn)，一般在15—20mm左右，其加固工藝如下：
(1)搭設(shè)支架，在支架上設(shè)有支承梁和成型模板
(2)混凝土表面處理
為了獲得良好的粘貼效果，必須事先對混凝土表面進(jìn)行認(rèn)真的處理?；炷帘砻嬉宄扑椴课弧㈣徠借徝?，使骨料露出，用鋼絲刷或壓縮空氣把浮塵清除掉，粘貼前再用丙酮擦洗一遍。
(3)鋼筋布設(shè)
鋼筋布設(shè)前，應(yīng)先把鋼筋拉直截好，除銹后再用丙酮擦洗干凈，放在模板上扎成排柵，或在橋下點(diǎn)焊成排柵再就位。就位前，先在鋼筋排柵表面涂一層環(huán)氧樹脂膠漿，然后再用吊桿吊住，貼在構(gòu)件底面上。
(4)粘貼
為了便于脫模，粘貼鋼筋前先在模板上鋪一層塑料薄膜，再將環(huán)氧樹脂砂漿均勻地攤鋪在模板上，厚度稍大于設(shè)計值。粘貼時，在模板與支承梁之間打入木楔，將模板頂起壓在構(gòu)件的底面上，使環(huán)氧樹脂砂漿壓入鋼筋的間隙與原結(jié)構(gòu)的混凝土粘為一體。
(5)脫模檢查
待環(huán)氧樹脂砂漿固化后拆除模板。拆模后應(yīng)立即對粘貼質(zhì)量進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)缺陷，須及時進(jìn)行修補(bǔ)。
(6)防護(hù)處理
同鋼板粘貼后采用的防護(hù)處理方法一樣。通常是先清除鋼筋表面的銹斑和污染，涂一層環(huán)氧樹脂薄漿罩面，然后再涂兩層防銹漆在上面進(jìn)行保護(hù)。也可采用噴射混凝土在鋼筋表面噴射一層保護(hù)層，保護(hù)粘貼的鋼筋免受銹蝕。
三、粘貼玻璃鋼加固法
隨著復(fù)合材料的出現(xiàn)，近年來國內(nèi)外一些交通部門開始使用增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)作為橋梁的加固補(bǔ)強(qiáng)材料。通常情況下是在構(gòu)件表面用環(huán)氧樹脂粘貼無堿無捻方格玻璃布形成玻璃鋼，作為橋梁結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)層。但是由于玻璃鋼的彈性模量比較低，因而在粘貼玻璃鋼時，常在中間粘貼¢6mm的高強(qiáng)鋼絲加勁。
粘貼玻璃鋼布的層數(shù)，通常認(rèn)為四層已足夠。廣東交通科學(xué)研究所的試驗(yàn)證實(shí)，含八層玻璃布的玻璃鋼，其抗拉強(qiáng)度并無明顯提高。玻璃鋼的彈性模量較低，約為1.5x104 MPa，一般僅為混凝土的1／15—l／20，受力時變形大，補(bǔ)強(qiáng)層與混凝土不能很好地共同受力，故使用時應(yīng)該注意到其特點(diǎn)，合理使用。否則將影響其抗拉強(qiáng)度的發(fā)揮，使補(bǔ)強(qiáng)效果受到限制，其加固方法如下：
(1)搭設(shè)支架，安裝成型模板；
(2)混凝土表面處理
混凝土的表面處理與粘貼鋼板、鋼筋一樣，應(yīng)先進(jìn)行認(rèn)真的處理。
(3)鋼絲制備
首先將高強(qiáng)鋼絲的銹清除掉，把鋼絲綁成排柵，然后用丙酮將鋼絲擦冼干凈，并涂上一層環(huán)氧樹脂膠漿。
(4)成型
在支架上面的模板上鋪上一層塑料薄膜，在塑料薄膜的上面先刷上一層環(huán)氧樹脂膠漿、鋪第一層玻璃布，將其刮平并擠出中間的氣泡，再刷上第二層環(huán)氧樹脂膠漿，鋪上第二層玻璃布。鋪至厚度的一半時，便把鋼筋排柵鋪放到上面，并用環(huán)氧樹脂砂漿填平鋼筋排柵間的空隙，刮平后，再繼續(xù)鋪其他幾層玻璃布。
(5)粘貼
在成型的玻璃鋼上面鋪一層環(huán)氧樹脂砂漿，用支撐由中部向兩端依次均勻地頂起模板，使玻璃鋼緊密地粘貼到橋梁構(gòu)件的表面上，使環(huán)氧樹脂膠漿從縫隙中溢出來，最后用最外一層寬玻璃布將溢出來的膠漿包敷在梁的腹板上。
(6)脫模檢查、環(huán)氧樹脂膠漿固化后，再卸除模板，并逐處檢查玻璃鋼的粘貼質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)沒有粘貼好或存在缺陷，應(yīng)及時進(jìn)行修補(bǔ)。
(7)防護(hù)處理
現(xiàn)在國內(nèi)外的習(xí)慣做法是：用工具除掉玻璃鋼表面的污染，涂上一層環(huán)氧樹脂薄漿罩面，再在上面涂兩層防銹漆保護(hù)起來。以后經(jīng)常檢查保護(hù)層的情況，如發(fā)現(xiàn)有脫漆的地方，就及時進(jìn)行修補(bǔ)，重新刷上防銹漆，或者在玻璃鋼表面現(xiàn)澆一層一定厚度的混凝土，一方面作為橋梁結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)層，一方面保護(hù)粘貼的玻璃鋼免受腐蝕和銹蝕。
建議采用噴射混凝土作為粘貼內(nèi)玻璃鋼的保護(hù)層。因?yàn)椴捎缅^噴工藝相比現(xiàn)澆混凝土具有施工及時、與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)強(qiáng)度高、不需要澆筑混凝土所需的模板等優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)加固設(shè)計的需要，靈活掌握噴射厚度，特別是現(xiàn)澆混凝土施工很困難的薄層混凝土，同時噴射混凝土具有良好的密封性，能較好地保護(hù)粘貼的玻璃鋼和高強(qiáng)鋼絲免受腐蝕和銹蝕。
四、粘貼碳纖維布加固法
碳纖維布加固機(jī)理：工程材料的進(jìn)步及新材料的出現(xiàn)，歷來是土木結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的先驅(qū)和動力。碳纖維材料的出現(xiàn)和成功應(yīng)用于土木工程的加固與補(bǔ)強(qiáng)上，使土木工程加固技術(shù)研究更上一個臺階。碳纖維是一種新型建材，因其質(zhì)輕、耐腐蝕、片材很薄、抗拉強(qiáng)度高而被廣泛應(yīng)用。碳纖維布(片)加固法亦被視為梁式橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時的首選加固方法，其施工工藝也很簡單。
1. 碳纖維材料與要求
(1)碳纖維復(fù)合材料
加固混凝土結(jié)構(gòu)用的纖維材料，目前主要有三種：玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFPR)。纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點(diǎn)是：應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。由于碳纖維材料具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學(xué)性能，以及現(xiàn)場施工便捷，所以是舊橋加固補(bǔ)強(qiáng)的理想材料。
普通碳纖維是以聚丙烯腈(PAN)或中間相瀝青(MPP)纖維為原料經(jīng)高溫碳化制成，碳化程度決定著諸如彈性模量、密度與導(dǎo)電性等性能。碳纖維長絲直徑通常在5µm,到8µm之間，并合成含3000—18000根的長絲束。為改善碳纖維與基體的親和性，纖維本身要經(jīng)表面處理，形成能與基體反應(yīng)的活性基團(tuán)。
加固混凝土構(gòu)件所用的碳纖維布，是由碳纖維長絲經(jīng)編織而制成的柔軟片材。
碳纖維布在編織時，將大量的碳纖維長絲沿一個主方向均勻平鋪，用極少的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。
加固混凝土構(gòu)件時，按構(gòu)件的不同受力特點(diǎn)用粘結(jié)材料將碳纖維布有序地纏繞粘貼于構(gòu)件表面，實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件變形的約束，并因此提高構(gòu)件的極限強(qiáng)度和承載能力。
碳纖維布的抗拉強(qiáng)度一般為3550MPa，彈性模量為2.35X105MPa。根據(jù)碳纖維布的品質(zhì)不同，其厚度在0.11—0.43mm，幅寬在20-100cm，卷材長度為50—100m。
(2)粘結(jié)材料
粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強(qiáng)度，以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時應(yīng)有足夠的韌性，不會因混凝土開裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞。此外，由于舊橋加固均在野外，所以粘結(jié)材料還應(yīng)能在一般氣候條件下固化，且固化時間合適(一般保證有3h左右)，對組分含量不敏感，具有適宜的流動性和粘度，固化收縮率小。
粘結(jié)材料是將連續(xù)纖維狀的碳纖維結(jié)合在一起，同時又與混凝土表面粘合的系列粘接材料。它主要包括三類材料：底層涂料、整平材料和浸漬樹脂。
①底層涂料(底涂膠)
在處理好的混凝土表面上，涂一層很薄的底層膠，既可以浸入混凝土表面，強(qiáng)化混凝土表面強(qiáng)度，又可以改進(jìn)膠接性能，從而使混凝土與碳纖維布之間的粘接性得以提高。因此要求底涂膠必須具有很低的粘度，以及與混凝土良好的粘結(jié)性能，以便于涂刷在混凝土表面后膠粘劑能滲入混凝土結(jié)構(gòu)中。為保證性能，應(yīng)盡量避免使用溶劑型膠。
②整平材料(找平膠)
碳纖維布只有與所加固補(bǔ)強(qiáng)的混凝土表面緊密接觸，才能產(chǎn)生良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。但混凝土表面的銳利突起物、錯位和轉(zhuǎn)角部位等都可能使碳纖維布產(chǎn)生損傷，并引起強(qiáng)度降低?；炷帘砻嫘〉哪０邋e位及混凝土氣孔很難通過基底處理一道工序徹底清理。因此，在涂敷的底層涂料指觸干燥后，必須用找平膠進(jìn)行找平，同時將矩形斷面直角打磨后補(bǔ)成圓弧狀。
找平膠應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能，以及良好的施工性能與觸變性能。在施工過程中，找平膠應(yīng)易于操作，且不隨時間的延長出現(xiàn)明顯的變形，防止膠的滴掛。一般的普通環(huán)氧樹脂的粘接強(qiáng)度和強(qiáng)韌性都達(dá)不到找平膠的要求，不應(yīng)調(diào)配使用。
③浸漬樹脂(粘貼主膠)
浸漬樹脂在粘結(jié)材料中起著至關(guān)重要的作用，它連接底膠與碳纖維布。它的粘度應(yīng)控制在一定范圍，有利于浸漬樹脂順利地將碳纖維布粘附于混凝土表面，經(jīng)過碾壓，使浸漬樹脂很容易浸透碳纖維布，形成一個復(fù)合性整體，共同抵抗外力作用。
浸漬樹脂不僅應(yīng)具有良好的滲透性，以利于浸透碳纖維布，同時還應(yīng)具有一定的初粘力，防止粘貼的碳纖維布塌落而形成空洞或空隙。并且本身具有良好的觸變性，易于施工且不會發(fā)生明顯的滴淌現(xiàn)象。另外，膠粘劑與碳纖維的相容性和粘接力必須極好，才能滿足碳纖維布和混凝土形成預(yù)定的復(fù)合材料。
④防護(hù)材料(罩面膠)
罩面膠主要是為了施工表面的美觀和保護(hù)碳纖維布。只要求材料能涂敷在碳纖維布表面，并不脫層，不掉落，能長期在冷熱干濕的空氣中穩(wěn)定，防止復(fù)合材料被紫外線直接照射。它的選擇范圍較大，丙烯酸體系、聚氨脂體系、不飽和聚脂體系、有機(jī)硅、有機(jī)氟體系等都適合。
?、菽z與膠的相容性
碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)施工過程中，膠是一層一層疊加上去復(fù)合而成的，與混凝土直接接觸的只有底涂膠，找平膠與底涂膠、碳纖維布粘貼主膠粘接，而粘貼主膠與底膠、找平膠、碳纖維布和罩面膠相連。因此，不同膠粘劑之間的相容性、粘接性問題應(yīng)予以充分考慮。一般來講，同一類型的膠粘劑粘接性較好，不同類型的膠粘劑粘接相容性就需做預(yù)先的實(shí)驗(yàn)加以論證。
2．碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)受力分析與設(shè)計計算
(1)加固受力特點(diǎn)分析
?、倥c傳統(tǒng)的其它加固方法相比，采用碳纖維布加固舊橋能最小程度的改變原有結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，保證在設(shè)計荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。
?、趯⒖估阅軆?yōu)良的碳纖維布，用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上，使其與原結(jié)構(gòu)一起參與受力，即碳纖維布可以與原結(jié)構(gòu)內(nèi)布置的鋼筋一道共同承受拉力，以提高舊橋的承載能力。
?、垩刂骼瓚?yīng)力方向，或與裂縫正交方向，粘貼碳纖維布，兩端分別設(shè)置錨固端，據(jù)此可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫再擴(kuò)展，從而達(dá)到提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)的目的。
④目前，用于加固用的碳纖維有：單向碳纖維布、單向碳纖維交織布、雙向碳纖維交織布及單向碳纖維層壓材料等，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位和受力特性與方向等，選擇相應(yīng)的碳纖維布進(jìn)行加固。
⑤碳纖維布加固混凝土構(gòu)件，在提高其抗彎承載力時，還可能對抗彎構(gòu)件的破壞形態(tài)產(chǎn)生影響。當(dāng)碳纖維布用量過多時，構(gòu)件的破壞形態(tài)將由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐摹Ｅc此同時，由于碳纖維為完全彈性的材料，它與鋼筋的共同工作會減弱鋼筋塑性性能對構(gòu)件延性的影響。碳纖維布用量過多，構(gòu)件延性將有所降低。因此，碳纖維布用于鋼筋混凝土梁式橋的加固補(bǔ)強(qiáng)時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理使用。
?、抻锰祭w維布加固的舊橋，一旦發(fā)生破壞如拉斷或剝離等脆性破壞，具有突發(fā)性，因此其承載力極限狀態(tài)不能按普通鋼筋混凝土的定義，一般應(yīng)按碳纖維抗拉強(qiáng)度的2／3進(jìn)行抗彎承載力計算。
?、咴囼?yàn)研究證實(shí)，碳纖維布能夠提高混凝土梁抗剪承載力，其作用機(jī)理與箍筋類似，同時還能明顯改善構(gòu)件的變形性能，增強(qiáng)構(gòu)件抗變形能力。
?、嗵祭w維布與混凝土基層界面，可分為兩個界面區(qū)，即混凝土基層與粘結(jié)樹脂界面區(qū)、粘結(jié)樹脂與碳纖維布界面區(qū)，粘結(jié)性能的本質(zhì)是接觸面間的相互作用，宏觀上表現(xiàn)為液態(tài)聚合物浸潤表面后形成的機(jī)械鎖結(jié)，微觀上表現(xiàn)為分子擴(kuò)散后相互纏結(jié)作用，或化學(xué)鍵作用，或靜電吸引作用，或其復(fù)合作用。
(2)碳纖維布加固設(shè)計計算要點(diǎn)
?、俨捎锰祭w維布加固舊橋，目前，其計算方法一般是將碳纖維布按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，例如：允許應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，近似換算成一定用量的鋼筋，然后，按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土受力分析模型進(jìn)行理論分析，雖然是近似計算方法，但是，理淪分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全吻合，因此在一般情況下是適用的。
?、谔祭w維布加固用量，可按式2-2估算：
(2-2)
?、鄢瓷鲜焦浪愕奶祭w維布加固用量(面積)外，還必須考慮必要的錨固長度和搭接長度所需面積，以及必要的邊、角廢料等裁剪損耗等。
粘貼碳纖維布加固橋梁結(jié)構(gòu)材料，其主要力學(xué)性能和指標(biāo)，加固設(shè)計的構(gòu)造要求及計算方法，可參照中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計和計算。
(3)碳纖維布加固舊橋特點(diǎn)
?、俨辉黾雍爿d及斷面尺寸：碳纖維布的自重僅為200—300g／m2，設(shè)計厚度為0.111—0.167mm，加上環(huán)氧樹脂系列的粘結(jié)材料的自重也很輕，對整個結(jié)構(gòu)重量及橋下凈空的影響微乎甚微，可忽略不計。同時，碳纖維布可以多層粘貼。根椐補(bǔ)強(qiáng)的要求，碳纖維布可以在一個部位重疊粘貼，充分滿足補(bǔ)強(qiáng)的要求。該優(yōu)點(diǎn)更是傳統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)方式所難以比擬的。
?、诳蛇m應(yīng)不同構(gòu)件形狀，成型方便。斜、彎、坡及異型結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)，采用傳統(tǒng)的方法，施工難度極大，采用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)法，因碳纖維布的隨型性極強(qiáng)，可以隨結(jié)構(gòu)外形變化任意施工，從而降低施工難度，減少施工成本，縮短施工工期，產(chǎn)生良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
?、凼┕ず啽悖禾貏e是當(dāng)箱梁內(nèi)部的作業(yè)空間受到限制時，碳纖維布加固方法是可選擇的一種方法。該法工藝簡便，無需大型設(shè)備、模板、夾具及支撐，操作起來簡單易行，因而施工時所需工作面小，在作業(yè)空間受限制時，該優(yōu)點(diǎn)是其他加固方法無法比擬的。
?、懿捎锰祭w維布加固補(bǔ)強(qiáng)，對原結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生新的損傷：碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)系采用環(huán)氧樹脂系列的粘結(jié)材料，不需要設(shè)置錨固螺栓及開鑿混凝土等，因而不會對已經(jīng)損傷的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的破壞，更可避免鉆孔時與結(jié)構(gòu)內(nèi)原有鋼筋和預(yù)應(yīng)力索發(fā)生沖突而引起新的問題。
?、菽苡行У胤忾]混凝土的裂縫：碳纖維布(片)粘貼在混凝土的表面，不僅封閉了混凝土的裂縫，其高強(qiáng)高模量的特性，還約束了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的生成與擴(kuò)展，改變了裂縫的形態(tài)，使寬而深的裂縫變成分散的細(xì)微裂縫，從而提高了混凝土構(gòu)件的整體剛度。
?、尢祭w維布(片)具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性：碳纖維布(片)是一種復(fù)合材料，幾乎無腐蝕性和磁性以及具有較好的耐熱性，不僅能經(jīng)得起水泥堿性的侵蝕，而且當(dāng)應(yīng)用于經(jīng)常受鹽害侵蝕等腐蝕性環(huán)境時，其壽命也較長。因而碳纖維布加固法，在不利環(huán)境下較其它方法更顯出其優(yōu)異性。
?、卟挥绊懡Y(jié)構(gòu)的外觀：碳纖維布(片)的厚度很薄，粘貼固化后其表面還可以涂刷一層與原有結(jié)構(gòu)外觀顏色一致的涂料，而不影響結(jié)構(gòu)的外觀，
3. 碳纖維布加舊橋施工工藝與要求
(1)一般施工工藝：施工前的準(zhǔn)備作業(yè)、基面處理
混凝土表面的劣化層(如浮漿、風(fēng)化層等)要用砂輪機(jī)進(jìn)行清除和打磨；基面的錯位與凸出部分要磨平，轉(zhuǎn)角部位要進(jìn)行倒角處理；裂縫部分要注人環(huán)氧樹脂漿進(jìn)行修補(bǔ)。
基面的清洗：先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，然后用壓縮空氣除去粉塵；用丙酮或無水酒精擦試表面，也可用清水沖洗，但必須保證其充分干燥后才能進(jìn)行下一道工序的施工。
涂刷底膠：按比例準(zhǔn)確配制好底膠并攪拌均勻，注意一次調(diào)和量在可使用時間內(nèi)用完，超過時間的絕對不能使用，以確保粘接質(zhì)量；用滾筒或刷子均勻地涂抹在基面上，注意直橫均勻涂抹，自然風(fēng)干。如在冬季施工，膠的粘度較高，不能涂得太厚，底膠硬化后，在表面有凸起部分時，要用磨光機(jī)或砂紙打光；待底膠指觸干燥后，進(jìn)入下道工序。
粘貼面的修補(bǔ)：若發(fā)現(xiàn)粘貼面上有凹人部位，應(yīng)用找平膠進(jìn)行修補(bǔ)，保證粘貼面的平整，以確保加固效果；待找平膠干燥后進(jìn)入下一道工序。
粘貼碳纖維布：在待粘貼面上劃出各層位置；依設(shè)計尺寸裁剪碳纖維布，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)和作業(yè)空間確定下料長度，若需要進(jìn)行接長時，接頭的長度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，一般不得小于15cm；下料數(shù)量應(yīng)以當(dāng)天能用完為準(zhǔn)；粘貼碳纖維布時，應(yīng)依設(shè)計位置由上而下，由左至右有秩序地粘貼，并以滾筒壓擠貼片，使碳纖維布與浸漬樹脂充分結(jié)合，同時以壓板去除氣泡；即時觀察貼片是否粘貼密實(shí)，若發(fā)現(xiàn)有間隙或氣泡，應(yīng)及時處理。
罩面防護(hù)處理：粘貼完碳纖維布后，即時在其表面再直橫均勻涂抹一層浸漬樹脂，自然風(fēng)干；確保帖片表面已充分風(fēng)干結(jié)合后，在其表面涂抹罩面膠或采取其他措施處理，以保證各層膠的耐久性。
(2)粘貼施工要求
?、賹Ρ患庸虡?gòu)件的基面要求：因?yàn)橛锰祭w維布加固混凝土構(gòu)件是依賴于碳纖維布與構(gòu)件表面的粘貼效率，所以要求基面的混凝土強(qiáng)度等級不低于C15。同時要求被加固構(gòu)件應(yīng)具有良好的保護(hù)層，即基面平整且具有一定強(qiáng)度。對于構(gòu)件有剝落、起皮、腐蝕、裂縫及嚴(yán)重碳化等表面缺損，必須先進(jìn)行修復(fù)，并應(yīng)將粘貼基面打磨平整、清理干凈，且不應(yīng)存在尖銳楞角和浮灰粉塵，防止碳纖維布的局部剝斷破壞和粘貼失效。
?、谔祭w維布的粘貼：用碳纖維布加固混凝土構(gòu)件，宜采用薄布多層的粘貼方法，使其與粘結(jié)材料充分浸潤，確保粘結(jié)效率。
對于受彎構(gòu)件，宜在受拉區(qū)沿軸向平直粘貼碳纖維布進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，并在主纖維方向的斷面端部進(jìn)行附加錨固處理。
?、厶祭w維布的搭接與截斷：加固用的碳纖維布一般不宜采取沿主纖維方向的搭接，尤其是對受拉構(gòu)件和受彎構(gòu)件受拉區(qū)的加固。根據(jù)國內(nèi)外對碳纖維布與混凝土間粘結(jié)錨固的試驗(yàn)結(jié)果，粘結(jié)應(yīng)力主要集中于端部lOOmm范圍內(nèi)，粘結(jié)破壞是脆性的，且粘結(jié)應(yīng)力一般不會產(chǎn)生擴(kuò)展。因此，若碳纖維布確需搭接時，其搭接部位應(yīng)避開構(gòu)件應(yīng)力最大區(qū)段，搭接長度不應(yīng)小于lOOmm，且搭接端部應(yīng)平整無翹曲。多層搭接的各層接口位置，不應(yīng)在同一截面，每層接口位置的凈距宜大于200mm。
④施工時其他應(yīng)注意的事項(xiàng)：現(xiàn)場氣溫底于5℃、雨天，應(yīng)停止施工；在施工現(xiàn)場，應(yīng)做好防火等安全措施；各種膠粘附在皮膚上時，要用肥皂水沖洗，特別是進(jìn)入眼內(nèi)，要立即用水沖洗，或接受醫(yī)生診治。
?、菁庸趟玫奶祭w維布及其配套粘結(jié)材料，均應(yīng)有廠家所提供的材料檢驗(yàn)證明和合格證。
五、粘貼芳綸纖維布加固法
芳綸纖維布與碳纖維布一樣是一種重量輕、柔軟、耐久、耐腐蝕、不導(dǎo)電、抗動載、抗沖擊性能好的高性能補(bǔ)強(qiáng)材料，其材料主要性能指標(biāo)，見表2-2。
芳綸纖維布(單向)的主要性能指標(biāo) 表2-2
采用芳綸纖維布粘貼加固橋梁，其施工工藝與碳纖維布粘貼加固的施工工藝基本相同，這里就不一一贅述了。
六、粘貼法加固材料質(zhì)量控制
1. 在施工時應(yīng)注意如下事項(xiàng)
(1)膠結(jié)材料配合比
嚴(yán)格掌握環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的使用配合比，這是粘貼加固質(zhì)量和效果保證的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，故配料時一方面要嚴(yán)格遵照使用配合比備料，同時在有條件的地方應(yīng)盡可能先進(jìn)行粘結(jié)試驗(yàn)，達(dá)到加固設(shè)計對膠結(jié)材料的使用要求之后，再用于實(shí)橋加固施工。
常用的粘貼鋼板、鋼筋、玻纖布環(huán)氧樹粘膠結(jié)材料配合比，見表2-3。表中環(huán)氧樹脂砂漿中砂的粒徑不宜大于0.4mm。
膠結(jié)材料常見配合比 表2-3
粘貼碳纖維布和芳綸纖維布須采用專門配置的環(huán)氧膠漿成品，目前市場供應(yīng)的有底膠劑找平膠，浸漬及粘結(jié)膠，種類較多，可供選擇，但其技術(shù)性能指標(biāo)，應(yīng)符合表2-4及表2-5的規(guī)定。
底膠及找平膠性能指標(biāo) 表2-4
浸漬和粘結(jié)性能指標(biāo) 表2-5
注：①對底膠、找平膠及浸漬、粘結(jié)膠均應(yīng)參照《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料橡膠材料人工氣候加速試驗(yàn)方法》(GB／T14522—93)規(guī)定的環(huán)境條件進(jìn)行耐久性檢驗(yàn)，經(jīng)過4000h的加速老化后，正拉粘結(jié)強(qiáng)度降低不應(yīng)大于10％。
?、谡迟N膠的熱變形溫度應(yīng)按《塑料彎曲負(fù)荷熱變形溫度試驗(yàn)方法》(GB41634)測定．熱變形溫度應(yīng)不小于60℃。
(2)施工溫度
環(huán)氧樹脂在低溫下固化緩慢，涂層不易均勻，因此一般直選擇在15?！?8。的溫度下進(jìn)行施工。如果施工時氣溫較低，必須采取相應(yīng)的加溫養(yǎng)護(hù)措施，如用紫外線燈烘烤等。
(3)應(yīng)保持成型所需要的壓力
橋梁粘結(jié)加固補(bǔ)強(qiáng)，大多數(shù)都是在梁(板)的底面進(jìn)行，由下而上進(jìn)行粘貼。無論采用哪一種補(bǔ)強(qiáng)材料，如果成型時施加的壓力不足，就會造成加固補(bǔ)強(qiáng)層下墜，與混凝土之間粘合不緊密，以致使鋼板等補(bǔ)強(qiáng)層材料發(fā)生脫落，影響加固補(bǔ)強(qiáng)的效果。
(4)粘貼
涂膠要均勻，并用力刮平，將氣泡擠出來，以免形成空洞和脫膠，影響加固補(bǔ)強(qiáng)的效果，從而導(dǎo)致同某些部位粘結(jié)不好，承載時在這些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，造成結(jié)構(gòu)的破壞。
2. 加固實(shí)例
(1)英國高速公路立交橋
英國的Quinton Ms。高速公路上有四座立交橋，均為三跨連續(xù)變截面鋼筋混凝土空心板梁橋、中跨27.4m、邊跨17m。該橋由于經(jīng)常通行重型拖車，使底板的下方出現(xiàn)了裂縫，于是采用環(huán)氧樹脂粘貼鋼板進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。在配制的環(huán)氧樹脂膠結(jié)料中，摻有細(xì)磨二氧化硅填料，最大粒徑為0.4mm、鋼板厚6.6mm、寬254mm、長3.6m。施工過程中橋下設(shè)有吊桿，懸掛反作用梁，并以反作用梁為支承，用木楔將鋼板楔緊貼在板的底面上。鋼板兩自由端用夾緊螺栓固定，用無色云母氧化鐵漆料進(jìn)行防護(hù)處理。整個加固工作是在高速公路正常開放交通的情況下完成的。試驗(yàn)表明：樹脂在硬化過程中因受交通振動的影響，其剪切強(qiáng)度降低了16％，但仍然高于橋面板?昆凝土的剪切強(qiáng)度，不會影響加固效果。
(2)云南省巍山河橋該橋?yàn)?5.6+3X25.9+25.6m二梁式鋼筋混凝土懸臂梁橋，設(shè)計荷載為：汽一10、拖一60，由于通行20t以上重型車輛，造成橋梁變形開裂，最大裂縫的寬度達(dá)到0.5mm以上，成為危橋，故限載限速通行。1980年2月，采用環(huán)氧樹脂粘貼玻璃鋼板對該橋進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。在主梁的底面粘貼了10層厚0.22nm的無堿無捻方格玻璃布，中間布設(shè)26根¢5mm的高強(qiáng)鋼絲加勁，總厚約8mm。同時澆筑9cm厚的鋼筋混凝土橋面補(bǔ)強(qiáng)層。牛腿裂縫用環(huán)氧樹脂粘貼塊狀鋼板加固。通過加固后大大提高了橋梁的剛度，跨中活載撓度平均減少了26.8％。試驗(yàn)證明，荷載等級由汽一10、拖一60提高到了汽一20、拖一100，滿足了通行20t車輛的要求。
(3)天津于家?guī)X大橋維修工程
該橋是一座鋼筋混凝土簡支梁橋、橋長702.5m，橋?qū)?m，跨徑13.5m，共52孔。上部結(jié)構(gòu)由6片T型梁組成，下部結(jié)構(gòu)是灌柱樁雙柱式墩臺。由于1976年唐山地震及重載車行駛等因素影響，橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)均受到不同程度的損害，尤其是下部結(jié)構(gòu)的帽梁和墩柱損壞比較嚴(yán)重。部分帽梁的負(fù)彎矩區(qū)里出現(xiàn)了寬達(dá)1.5mm的裂縫，正彎矩區(qū)也有少數(shù)由下向上的垂直裂縫，靠近支點(diǎn)的帽梁腹板有剪力引起的斜裂縫，最大縫2mm。還有部分墩柱出現(xiàn)不同程度的縱裂和橫裂。經(jīng)診斷由業(yè)主及有關(guān)部門共同研究，采用了碳纖維修補(bǔ)方案，在帽梁負(fù)彎矩區(qū)先將裂縫注入環(huán)氧樹脂封閉，然后打磨平整，順抗力方向粘貼1-2層TXD--C--20型碳纖維片，腹板的剪力補(bǔ)強(qiáng)用上述同樣的方法，粘貼了二層TXD---C一20型碳纖維片，一層沿垂直方向，一層沿水平方向粘貼。墩柱用同樣方法在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)沿垂直方向粘貼一層、環(huán)包一層TXD--C--20型碳纖維片。碳纖維片的施工與橋面的維修同時進(jìn)行，甚為簡便。補(bǔ)強(qiáng)后安全運(yùn)營至今。
(4)韓莊閘公路橋T梁
位于山東省微山縣韓莊鎮(zhèn)南的韓莊閘公路橋，是104國道的主干道，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為汽--20、掛一100。該橋由31孔組成，每跨跨度為10m，加寬成9.Om，由5根鋼筋混凝土T梁和5塊鋼筋混凝土空心板組成。投人運(yùn)行40余年，新閘和加寬部分公路營運(yùn)20多年。特別是近10多年，104國道上的車流量不斷增加，代表車型不斷趨于重型化，公路橋負(fù)荷日趨加重，特別是老閘公路橋T梁部分超載尤為嚴(yán)重，普遍出現(xiàn)可見裂縫。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，T梁不能滿足設(shè)計汽一20，掛一100要求，而且老閘部分的T型梁混凝土老化病嚴(yán)重，為使公路橋T梁能長期安全通行，采用由日本TONEN公司進(jìn)口、經(jīng)國內(nèi)某知名玻璃纖維研究院編制而成12K碳纖維布，粘貼CFRP用的結(jié)構(gòu)膠，采用南京水利科學(xué)研究院研制和生產(chǎn)的LZ結(jié)構(gòu)膠，在梁底跨中粘貼兩層單向碳纖維布，在梁的兩側(cè)粘貼1-2層雙向碳纖維布，該工程共加固面積140m2，經(jīng)現(xiàn)場靜載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，梁的撓度降低30％左右、加固效果顯著，工程安全運(yùn)行至今。
