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预应力CFRP布加固混凝土梁桥的力学效果分析

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        预应力CFRP布加固混凝土梁桥的力学效果分析


    随着辽宁公路建设的全面展开和继续进行,后期的养护也出现一系列的工作要做。比如二次维修、改良、检测和加固等等。在公路梁桥的加固方法中,近些年来出现很多新兴的加固手段和方法,比如:体外预应力筋加固,粘贴CFRP布等。尤其后一种方法,在最近几年中随着加固工艺的日趋成熟和完善,以及相应规范标准的出台,成为一种投资低,工期短,见效快的加固手段。但是由于操作工艺的限制,这种加固方法更多是在未对纤维布进行初始张拉的情况进行着,虽然加固效果可以,但是远不及预应力CFRP片材的加固效果好,所以笔者认为应根据纤维布的特征性质,对CFRP布进行预应力处理,这样加固效果会更加得到大步提升。

  1 CFRP片材的物理及其力学性质

  CFRP布片材:由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500oC)碳化而成的纤维状碳化合物,其碳含量在90%以上。

  CFRP布是一种具有很高强度和刚度的各向异性的柔性材料,它的抗拉强度为钢材的10几倍,达到3500-4500Mpa弹性模量接近甚至超过钢筋的弹性模量(钢筋为200Gpa,CFRP为230~640Gpa)伸长率可达0.9%~1.5%,以碳纤维T300/环氧5208的强度为例,强度是铝材的6.3倍,刚度是铝材的4.16倍。

  因此在采用CFRP加固桥梁过程中可以充分发挥其高强度高模量的性质。并且由于CFRP具有高的拉伸模量,使得在使用CFRP加固过程中,对CFRP片材施加预应力成为可能,为桥梁预应力加固拓宽了材料范围。

  2 加固实例

  取滨海公路一个3*13m预应力混凝土空心板梁桥,其混凝土标号为C40,其混凝土和钢筋的参数如下:

  混凝土:Ec=41000Mpa,fcm=19Mpa,ft=1.65Mpa。

  预应力钢筋:Es=200000Mpa,Ry=550Mpa,fy=440Mpa,As=9.07cm2

  加固材料主要采用日本产东丽CFRP布,预应力张拉应力为:粘结剂为环氧树脂,主要参数如下:

  环氧树脂粘结剂:厚度ta=0.2cm,Ea=1.28cm,Ga=5.5Mpa。

  CFRP布:Ecf=245000Mpa,fcf=3400Mpa,εcfu=1.5%,t=0.002cm。

  3 小结

  本文通过对CFRP片材的物理及力学性能介绍,提出对照预应力张拉钢筋的方法张拉预应力CFRP片材,并结合滨海公路一座预应力空心板桥的CFRP加固例子,通过加固前后的挠度对比数据,得出以下结论

  3.1 预应力CFRP加固中桥是完全可行的,效果对比普通CFRP片材,效果更佳。

  3.2 预应力的张拉控制要求严格,或大会破坏片此机理韧性,或小达不到张拉能力,起不到效果,目前我国的相应规范还在探索和不断完善阶段,要求施工人员在不断总结中结合现场实际情况进行处理。

  3.3 预应力在张拉后粘贴过程中注意平整度的控制,按照1.7mm/m取值便可。

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