ja预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构施工工法.doc

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1、预应力碳纤维加固简支桥梁混凝土构造施工工法1引言随着我国经济的高速增长与交通量的迅猛增加，大量的桥梁处于高负荷运行状态。混凝土桥梁构造在长期使用环境(如荷载、碳化、冻融、化学介质侵蚀等) 作用下，引起构造开裂，桥梁的承载能力降低，使用年限缩短，甚至出现桥梁坍塌情况。为了适应我国未来经济开展的需求，以节约投资与可持续开展为原那么，在桥梁梁板构造功能没有完全丧失，只是性能减弱及平安度下降的情况下，对其进展补强与加固处理，到达提高其承载能力、恢复其工作性能及延长其正常使用年限效果。浙江顺畅高等级养护在杭金衢高速公路后徐桥应用了预应力碳纤维加固桥梁混凝土构造技术，取得了良好的经济效益与社会效益，现将预

2、应力碳纤维加固桥梁混凝土构造施工工艺总结编制成工法。工法中涉及的预应力碳纤维加固技术课题成果经省厅鉴定，到达国际领先水平。2工法特点采用本工法的预应力碳纤维加固桥梁混凝土构造技术有如下特点：本工法裂缝修补与构造补强同时进展，选用缓粘结灌缝胶，保证预应力张拉时灌缝胶尚未完全硬化，便于构造变形的恢复。采用预应力碳纤维加固的混凝土构造可以抵抗各种酸、碱、盐的腐蚀，极大地降低了构造的维护费用，延长了构造的使用寿命。本工法采用嵌入式预应力张拉技术，其特点是先锚固后张拉，以构件本身与先前的锚固作为张拉受力装置，无需复杂的张拉机具，方法简便易行。采用预应力碳纤维加固的混凝土构造可有效提高被加固桥梁的抗弯、抗

3、剪、抗疲劳强度，恢复挠度变形，闭合裂缝，增加刚度。3适用范围本工法适用于处于通车状态下中小跨径20m以内的混凝土简支梁桥构造的加固修补。4工艺原理使用弹性环氧树脂构造胶对桥梁构造现有的裂缝进展灌缝，对裂缝进展初步封闭；用机械锚具将碳纤维布安装在构件的设计部位，采用嵌入式预应力张拉技术将碳纤维布张拉至设计的预拉应力，同时进展灌胶粘贴，二次锚固后撤除夹具。利用碳纤维材料良好的抗拉强度到达增强构件承载能力及恢复构件变形。同时通过张拉碳纤维布使构件变形恢复与刚度提高，对灌缝的弹性环氧树脂构造胶进展挤压，以提高裂缝封闭质量。嵌入式预应力张拉技术通过收紧夹具图，通过夹具的相互挤压，使纤维布收紧，从而建立预

4、应力。图4.1-1 嵌入式张拉夹具原理5工艺流程与操作要点5.1 工艺流程-1所示加工锚夹具混凝土基层处理清理构件裂缝安装螺栓裂缝灌胶打底胶安装碳纤维布安装夹具进展张拉进展二次锚固粘贴撤除夹具防护处理图5.1-1预应力碳纤维加固桥梁混凝土构造流程图操作要点加工锚夹具图-1锚固夹具根据梁板加固需要制作适当数量的锚夹具，锚夹具分两种：锚固夹具如图-1、张拉夹具如图5.2.1-2。主要材料为型钢、螺栓与钢板等。图5.2.1-2张拉锚夹具 混凝土基层处理图5-1 转角构造图为了使预应力碳纤维与混凝土构造粘结严密，需进展基层处理，将外表松动的混凝土打磨找平，露出密实层；混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐

5、蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进展修复。用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土外表的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是外表的凸起部位要磨平，转角安装粘贴处要进展倒角处理并打磨成圆弧状(R50mm)并粘贴薄铁片见图-1，便于碳纤维布滑动。用吹风机将混凝土外表清理干净，并保持枯燥。清理构件裂缝用空压机的风枪将混凝土梁板裂缝因基层处理打磨造成的浮尘去除干净，确保裂缝内无杂物，保证裂缝封闭效果。安装螺栓图-1 螺栓安装图按设计要求在相应位置打孔注意控制深度，不得伤及构件的主筋或预应力筋，用于预埋螺栓；在锚固钢板与安装夹具处切割局部槽口。用压缩空气

6、对裂缝进展清孔，螺栓孔清孔后用植筋胶按以下方法配制：环氧树脂:固化剂:增柔剂20:5:1将螺栓植入孔内。(见图-1)裂缝灌胶打底胶用胶纸将裂缝封住，留有局部注胶口与溢胶口对裂缝进展灌胶。用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土外表，待胶固化后(固化时间视现场气温而定，以手指触摸枯燥为准)再进展下一工序施工。安装碳纤维布按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，单节碳纤维布长度一般应在3m之内，当碳纤维布长度超过限定长度时，应设置辅助锚固点见图-1；纤维布端部预先弯折，粘贴；端部穿圆钢。图-1 辅助锚固构造图待胶硬结后，用浸渍胶安装碳纤维布，步骤如下：首先在纤维布与锚固钢板处抹胶，两端持圆钢将纤维布拉直就位，盖

7、上锚固钢板，安装紧固螺帽，将钢筋连同纤维布向外拉，同时收紧锚固钢板，以保证纤维布中各纤维束均匀受力，初步将纤维布张紧。安装夹具进展张拉待锚固处胶硬化后，装入张拉夹具见图-1，在碳纤维布外表抹浸渍胶，封闭纤维束间的空隙，待浸渍胶稍干硬后，用灌注胶在碳纤维布与混凝土外表间进展灌胶见图5.2.7-2，同时施加预应力见图5.2.7-3，为降低施工难度，保护纤维布，可在夹具处垫硬质的塑料薄膜。图5.-1 安装张拉夹具 图5.-2 碳纤维布灌胶图-3 张拉图-4 张拉示意图 张拉过程中预应力的控制是本工法关键之处，预应力的控制主要是根据测定碳纤维布的缩进量，除以碳纤维布的净长度，得出碳纤维布的应变，再乘以

8、纤维布的弹性模量，从而确定张拉预应力的大小。如下式子5-1所示： 5-1为了便于预应力的控制，制作张拉夹具时，目前设计夹具的最大缩进量为35mm，跨径10m的构件， 采用一个夹具就可以将碳纤维布的应力张拉至800MPa一般情况，碳纤维布的张拉控制应力值为：600MPa张拉控制应力1200 MPa。进展二次锚固粘贴施加预应力至设计的控制应力，进展二次锚固见图-1，同时安装附加锚固附加锚固点间距一般不大于3m，且选择在基底凹陷处，充分挤压粘结层，并将挤出的粘胶均匀地涂在纤维布外表，待胶初步硬结后，外表撒中砂，便于后期抹砂浆进展外表防护处理。 图-1 张拉示意图撤除夹具防护处理待粘结层养护完毕后，将

9、端部的原始锚固及夹具撤除见图-1，并将端部多余的纤维布粘贴于构件外表见图5.2.9-2，完成加固。图5.-1 张拉端锚固夹具 图5.-2 锚固夹具撤除6材料与设备表6.-1 主要工程材料统计表序号材料名称规格技术要求1环氧树脂E44见?公路桥梁加固设计标准?2乙二胺见?公路桥梁加固设计标准?3液体橡胶液体端基羧丁腈橡胶CTBN见?公路桥梁加固设计标准?4丙酮见?公路桥梁加固设计标准?5碳纤维布见?碳纤维片材加固修复混凝土构造技术规程?6锚固板6mm Q235钢板见?碳素与低合金构造钢热轧薄钢板与钢带?GB/T912-897夹具、螺栓Q235 型钢见?碳素与低合金构造钢热轧薄钢板与钢带?GB/T

10、912-89机具设备 主要工程机具设备见表.1-1。.表6.2.1-1 预应力碳纤维布加固主要机具序号名称规格 单位 数量1空压机3/min台根据需要2冲击钻台根据需要3电焊机台14发电机30KW台15滚筒刷个根据需要6梯子可升降式个根据需要7扭矩扳手个根据需要8电子秤 个19电动搅拌器个210容器个根据需要11大腻刀个1012塑料刮板个1013注胶器个根据需要14活动脚手架套根据需要7质量要求及控制措施?碳纤维片材加固修复混凝土构造技术规程?CECS 146:2003?金属材料弯曲试验方法?GB/T232-1999建立健全质量管理体系，严格执行三检制与工序交接制。夹具弧面处要有较高的加工精度

11、，张拉时要带软胶起润滑作用，必要时可垫硬质塑料膜，否那么易将纤维束挤断；碳纤维布与梁板外表粘接时，要严格控制梁板外表的平整度与碳纤维布与梁板粘贴时的平整度，安装时注意均匀收紧，两端同时进展，保持纤维布受力均匀，否那么会引起纤维布皱起，无法保证粘贴质量；注意选择适宜的附加锚固安装点；纤维布施加预应力时，同一断面应多道纤维布同时进展，防止先后施加带来过大的预应力损失。各种材料必须符合设计要求，粘胶要保证在有效时间内用完，否那么要另行拌制。粘胶选择与配制；粘胶配制必须严格按比例，并用电子秤计量，电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。一般情况下1h内用完。主剂环氧树脂，固化剂

12、乙二胺，增柔剂液体橡胶，稀释剂丙酮。准备工作充分，人员必须到位，责任到人，纤维布一旦开场安装张拉即不能停顿直至一个构造单元完成。安装纤维布前，要将粘贴范围内混凝土外表清理干净，并使混凝土外表保持枯燥。施工完后为保证粘胶与锚具的耐久性，必须在养护完成后立即进展外表防护层施工。8平安措施通车状态下施工，合理交通组织是平安措施的重点。对于严重桥头跳车的桥在粘贴纤维布时，应防止车辆高速闯入，加强防护，需设减速标志。当在立交桥下施工时，搭建的脚手架将会占据局部路面，桥下净空亦将有所减少，应在前方150m处设立限宽与限高标志。在施工地点前依次设置高速公路施工GB5768-1999标准规定的明示标牌，并在施

13、工区域全程内每隔15m设一反光警示桩。夜间在施工区域前方设置警示灯，并根据天气情况增设警示灯。确定专职交通协管员维护交通秩序及平安设施，24小时专人值班看护，坚决杜绝平安设施不到位而对道路的运行带来影响。施工平安措施强化全员平安意识，施工前对所有施工人员进展高速公路作业平安知识培训。必要的平安设施摆放齐全后才可进入施工现场，施工期间现场平安由专职平安员全程统一指挥、检查、监视。施工机具及人员严禁进入营运车道或横穿公路。所有参与施工人员必须提高个人平安意识，上路作业要穿防护服、戴平安帽，涉及高空作业的必须系好平安带。9环保措施实行清洁生产，粘胶集中配置与，剩余物全部带离现场，集中处理。提高施工组

14、织水平，安排白天施工，减少施工噪音影响周边居民。10效益分析采用预应力碳纤维加固，由于碳纤维布处于张紧状态，且粘结层经过改进，粘结层不易剥离，具有更好的耐久性，与普通碳纤维加固桥梁工程35年的耐久性相比，预应力加固的耐久性可长达10年左右；而且即便粘结层剥离，机械锚固的存在使得碳纤维布不会脱落，加固不会完全失效。并且，可以在重新注胶粘贴后恢复性能。因此，比照两种桥梁加固方法的全寿命费用，预应力碳纤维加固仅为普通碳纤维加固的30%35%。大幅度降低了加固维修的费用。预应力碳纤维加固属于主动加固技术，无需对构造进展卸载，对于桥梁构造无需中断道路交通运输，且不会影响加固效果。对于高速公路与主要交通干

15、线公路尤其有利，可完全防止中断交通带来的经济损失。同时采用不中断交通的加固方式，也给人们的日常出行防止需绕道通行的不边，创造了良好的社会效益。预应力碳纤维加固，降低了碳纤维布、环氧树脂等材料的用量，十分符合节约资源，合理利用资源的国情。并且由碳纤维加固提高了桥梁的使用寿命，也防止了因重复建立造成自然资源的浪费，具有良好的社会效益。11工程实例实例一：XX桥左幅桥梁梁板加固修复工程，该桥位于XX高速公路杭绍段，该桥中心桩号K21+572，桥梁全长，右偏角105，布跨为+38m+。，桥面净宽。第3跨设人行通道，净空；第2跨有河流，设计水位。实例二：XX桥右幅桥梁梁板加固修复工程，该桥位于XX高速公路杭绍段，该桥中心桩号K21+572，桥梁全长，右偏角105，布跨为+38m+。，桥面净宽。第3跨设人行通道，净空；第2跨有河流，设计水位。采用本工法加固，上述两个工程仅用时15天，质量进度效益良好，受到业主肯定，得到了广泛的赞誉。第 11 页