3.3 體外預(yù)應(yīng)力加固法
該法是借助所施加的預(yù)應(yīng)力以減少構(gòu)件產(chǎn)生的拉應(yīng)力。一般采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)做加固。其優(yōu)點(diǎn)是不但能提高結(jié)構(gòu)承載力,也能明顯改善構(gòu)件的抗裂性能,缺點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力加固構(gòu)件是二次受力構(gòu)件,存在應(yīng)力超前和應(yīng)變滯后現(xiàn)象。原構(gòu)件預(yù)應(yīng)力作用產(chǎn)生的壓縮變形對(duì)控制張拉量的計(jì)算影響較大。由于鋼板本身的防腐蝕能力差,對(duì)于海洋或具有腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境不宜采用。
3.4 碳纖維加固法
由于碳纖維布是柔性材料,施工時(shí)可以依靠現(xiàn)場(chǎng)用剪刀裁剪成所需的形狀和尺寸,對(duì)構(gòu)件的不同外形都具有極高的適應(yīng)能力,且重量輕,現(xiàn)場(chǎng)施工基本是手工操作,不需要大型設(shè)備和施工工具,在較小的空間即可進(jìn)行施工,所以施工速度很快,施工工期短,粘貼質(zhì)量可以得到保證。從經(jīng)濟(jì)角度分析,碳纖維布價(jià)格雖然相對(duì)較高,但在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、裝卸、加工、維護(hù)過程中的費(fèi)用相對(duì)較少,施工機(jī)具簡(jiǎn)單,從而減少了機(jī)械臺(tái)班費(fèi),施工速度快,相應(yīng)又縮短了工期,也節(jié)省了人工費(fèi)用,碳纖維耐久性好,又減少了后期維護(hù)費(fèi)用。因此,加固工程綜合造價(jià)中碳纖維相對(duì)要低。
綜合施工難易程度、施工工期和施工質(zhì)量等因素,采用碳纖維加固鋼筋混凝士橋梁結(jié)構(gòu)具有巨大的理論和實(shí)踐意義。
4 碳纖維材料加固原理
碳纖維材料在橋梁加固工程中的應(yīng)用原理與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作原理相似:
(1)鋼筋與混凝土具有良好的握裹性。兩者在受力后共同變形形成協(xié)調(diào)性,碳纖維需借助粘結(jié)材料與混凝土結(jié)合,兩者之間的結(jié)合必須大于混凝土本身的抗剪強(qiáng)度。通常使用的粘結(jié)樹脂為膠結(jié)劑,它涂于混凝土表面,易滲入混凝土內(nèi)與之結(jié)合成類似樹脂混凝土,可加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度,并與碳纖維密切結(jié)合,有效傳遞剪力,而使碳纖維和混凝土結(jié)合成一體。
(2)鋼筋具有比混凝土更高的彈性模量和抗拉強(qiáng)度。碳纖維的強(qiáng)度雖然高,但其彈性模量與鋼筋差不多,見表2,故碳纖維用于鋼筋混凝土的加固上不會(huì)有搭配問題,因而可以用于彌補(bǔ)鋼筋混凝土內(nèi)鋼筋的抗拉不足部分。
(3)鋼筋與混凝土具有相近的溫度線性膨脹系數(shù)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不會(huì)由于強(qiáng)度變化產(chǎn)生相應(yīng)的溫度內(nèi)應(yīng)力,而碳纖維材料的熱膨脹系數(shù)a較混凝土和鋼筋要小的多,約為1 x10-5/℃,因而當(dāng)升溫15℃時(shí),在碳纖維材料中將發(fā)生拉應(yīng)力δ約為32.25MPa,但對(duì)碳纖維材料而言僅為極限強(qiáng)度3400MPa的1%左右,故影響不大。
(4)鋼筋與混凝土有良好的化學(xué)相容性。因?yàn)樵诨炷林芯哂幸欢ǖ膲A性性質(zhì),故不會(huì)使鋼筋發(fā)生銹蝕。由于碳纖維加工過程中已經(jīng)歷了2000~3000℃的考驗(yàn),故可以適用惡劣的使用環(huán)境,與原結(jié)構(gòu)用環(huán)氧樹脂粘貼后,能可靠地與原結(jié)構(gòu)物共同工作。
由于碳纖維材料具有與鋼筋混凝土相容的材料物性,且其又具有耐酸、耐堿、耐鹽、耐老化、耐高溫、耐低溫等特性,故粘貼碳纖維材料在表面后對(duì)原結(jié)構(gòu)有良好的保護(hù)作用,故可以廣泛應(yīng)用于橋梁加固工程。
5 展 望
碳纖維材料是一種強(qiáng)度高、重量輕、耐久性好的復(fù)合材料,是一種較為理想的橋梁的加固材料。針對(duì)目前運(yùn)營(yíng)的橋梁中存在的老化、破損、裂縫等問題,在廣泛應(yīng)用碳纖維材料加固橋梁技術(shù)基礎(chǔ)上,不斷嘗試創(chuàng)新,使用新技術(shù)、新工藝和新方法使得加固過程更加快捷、經(jīng)濟(jì)、安全和可靠。在不斷完善橋梁加固技術(shù)的過程中,為我國(guó)交通現(xiàn)代化進(jìn)程起到巨大的促進(jìn)作用,更好地倡導(dǎo)和諧社會(huì)進(jìn)程。