【高强复合玻璃纤维材料在盐城市旧桥加固中的应用】

　　1. 桥梁概况

　　盐城市四岔河桥位于江苏省大丰市204省道K184+527，建于1978年6月。该桥上部结构采用5×10m钢筋混凝土空心板梁，桥梁净宽为7.14+2×0.9m， 梁高55cm，宽105cm，每跨8片板梁。设计荷载为汽—15级，挂车—80。下部结构采用双柱式钢筋混凝土桥墩，桥台 采用重力式U型桥台。板梁及铰缝、桥墩盖梁均为30号混凝土，墩柱为25号混凝土。由于省道204改造，要求此桥荷载等级提高到汽—20标准，因此需要对该桥进行加固。

　　该桥桥面铺装为沥 青混凝土结构，其表面基本平整，具有一定的粗糙度。钢筋混凝土板梁碳化现象较为严重，且梁底面平整度差，部分梁底面粘有老化的油毛毡，板 梁侧面基本平整。根据《回弹评定混凝土抗压强度技术规程》(JGJ23—85)的要求，对试验桥梁的材料强度进行回弹测定，评定出每片梁的混凝土强度为27.4MPa。

　　根据四岔河桥的特点，经过多方面综合比较，纤维复合材料加固技术具有明显的优势，因此决定采用纤维复合材料对该桥进行加固。

2. 纤维复合材料的选择

　　所谓纤维复合材料(FRP)就是把高 分子材料织物浸润在合成树脂基质中，待基质固化成型。从材料种类上划分，主要有碳纤 维复合材料(CFRP)，玻璃纤维复合材料(GFRP)和芳纶纤维复合材料(AFRP)。纤维复合材料的共性是强度高、质量轻、耐腐蚀，但是又各有特点，CFRP杨氏模量高但具有延性差、易 损伤、导电，且 加固后会产生较大温度应力的缺点，且价格昂贵；GFRP克服了CFRP的所有缺点，价格便宜但杨氏模量低；AFRP性能最佳但价格最贵；复合玻璃纤维却能做到取长补短。

　　根据对市场上各种纤维复合材料的多方面比较，美国的泰扶(r)芳玻韧布具有较高的性价比，因此决定在该桥的加固中采用该种复合纤维材料。

2.1 泰扶(r)芳玻韧布简介

　　泰扶(r)芳玻韧布是由高强玻璃纤维与凯扶拉编织布(泰扶( r)SHE-51)、特种环氧树脂(泰扶(r))在施工现场充分湿合 而形成的高强度复合材料，其各项指标的性能见表1。包覆于特种树脂之中的高强度纤维编织布是系统的主要承力单元，纤维布中的玻璃纤维方向应和原结构强度不足的方向一致。

　　外粘高强复合纤维是否能够提高原结构承载能力，是否能够保证长期有效工作，关键在于所采用的粘接树脂。如果粘贴树脂强度不够 、在不利环境下易老化或不能与粘接材料、被粘接材料变形协调时，将可能给被加固的结构带来灾难。试验数据表明，TYFO(r)特种树脂是目前世界上最优秀的粘接剂之一。

2.2 泰扶(r)芳玻韧布的优点

　　这种复合玻璃纤维材料与进口的碳纤维布复合材料相比，除了每平方米价格便宜1／2—1／3外，还具有以下明显的优势。

1. 与 混凝土的热膨胀系数一致，不会产生附加的温度应力。这对于曝露在野外且留有伸缩缝的桥梁异常重要。而碳纤维的热膨胀系数与混凝土相差10倍，粘贴在桥梁表面引起的混凝土内部温差应力较大。

2. 不导电，也不会产生电化学腐蚀。延性及粘贴时柔韧性好，不易损伤或折断,形成复合体后耐撞冲击性能很强。而碳纤维容易沿垂直其平面方向脆断，不耐碰撞。

3. 较大的层厚(1.3mm)对桥墩柱的抗震约束加固效果十分明显。

4. 配合环氧树脂使用可直接在水下加固桥墩柱。

5. 复合玻璃纤维的弹性模量与混凝土相当，因此能延缓构件的破坏，变脆性破坏为塑性变形。

3 四岔河桥的加固施工

3.1 加固设计

　　该桥采用纤维复合材料 加固设计的基本原则是采用极限状态设计方法进行设计，主要是针对抗弯能力的不足进行抗弯加固设计。破坏状态界定为适 筋梁的破坏，同时需要确保界面应力在一定范围内，以避免发生剥离破坏。另外，应检验加固梁的抗剪能力，避免因抗弯承载力提高过大而导致受剪破坏先于受弯破坏的突然破坏。

3.1.1 复合玻璃纤维布宽度的确定

　　在不发生早期破坏的 情况下要达到预期的抵抗弯矩，在截面尺寸一定时，纤维布的宽度应尽量大，以减小布的厚度，从而减小界面处的应力集中，使加固梁为延性破坏。粘结剂宽度应与布的宽度相同。

3.1.2 复合纤维布厚度的确定

　　根据加固梁的极限弯矩来设计片材的厚度、复合纤维的设计抗拉应变和布的初始厚度，用应变协调方法和静力的平衡方程，计算求出布的厚度。

3. 复合玻璃纤维布长度的确定

　　要想确定粘贴布的长度，首先要确定 界面能够传递的最小剪应力，超出此剪应力，界面即发生破坏。为防止加固梁发生各种早期破坏，需要在布的端部及相应部位增加锚固措施。对梁板正弯矩进行受弯加固时，纤维布宜延伸至支座边缘，必要时在端部加U型锚固，U型锚固的宽度至少为200㎜。

　　通过计算确定，采用单层复合玻璃纤维布，单层厚度1.3mm。每片梁底粘贴一层长8m，宽34cm的复合玻璃纤维布两条，不必采用特殊的锚固措施。

3.2 复合玻璃纤维布施工工艺

3.2.1 基层处理

　　用砂轮打磨混凝土表面的劣化部分，磨平基面 的凸出部分，转角部位要进行倒角处理，裂缝部位要注入环氧树脂进行修补。除去表面的粉尘，用丙酮、无水酒精或清水冲洗 表面，待干燥后进行下道工序。如果有粉尘等杂质存在，会降低粘接强度，引起脱胶；水的存在不仅会降低粘接强度，还会在结构内部形成气泡，引起裂缝，同时腐蚀混凝土结构。

3.2.2 配制特种环氧树脂和浸润纤维布

　　(1)配制特种环氧树脂的环境温度和环氧树脂各组温度必须控制在8—38℃，混合透明的树脂一般在2h内须用完，温度愈高其硬化愈快。

　　(2)按图纸裁剪好的纤维布用滚筒或刷子均匀涂抹混合好的树脂，裁减时注意主纤维的方向与图纸所示方向一致。

3.2.3 复合补强层施工

　　(1)用滚筒或刷子均匀地将粘贴剂涂抹在混凝土上面作底层，平整粘贴面，保证粘贴面的光滑，待粘贴面干燥后进行下道工序。

　　(2)1 h后将湿透的纤维布平整地粘在结构的外表面，粘贴时一定要保证纤维布和混凝土面的粘贴密实，纤维布中的气泡必须在树脂硬化前排出。纤维布之间的搭接长度不小于150㎜。

　　(3)在混合树脂硬化前进行拉毛洒沙，增加表面的粗糙度，利于二次粉刷。

3.2.4 复合补强层的养护

　　粘贴好的复合玻璃 纤维补强层不需特别的养护，一般在上述环境温度下，24h即可达到设计强度的80％，48h 将完全硬化。在养护 期结束时，须检查补强层的表面，如果发现层与层之间残留的空气夹层，及时用针孔或灌浆机钻孔加注环氧树脂。另外，为保证其耐久性，也可根据需要在其外表面做抹面或粉刷。

4 加固后桥梁承载能力检测

　　为了进一步评定加固后 桥梁的现有承载能力，检验加固效果，南京航空航天大学土木工程应用技术研究所受盐城市公路管理处委托，于2001年12月1日对该桥进行静载实验。其静载试验结果如下：

　　1. 在试验荷载下，结构整体变形的最大残余变形为3.0％，远小于有关标准的限值20％。

　　2. 在鉴定荷载下，最大跨中挠度值为1.84㎜。实测数据表明，结构具有足够的整体竖向刚度，满足汽—20的使用要求。

　　3. 根据应力分析，钢筋应力的校验系 数为0.60—0.75，玻璃纤维应力的校验系数为0.58—0.9，混凝土应力的校验系数为0.65—0.86，在正常值范围内，说明该桥处于较好的工作弹性范围内。

　　4. 该桥在鉴定荷载作用下，主梁抗弯承载能力鉴定系数为1.46，达到鉴定荷载汽—20的承载能力要求，故满足加固要求。

5 结束语

　　高强复合玻璃纤维布具有自重轻、 强度高的特点，具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀能力，具有良好的耐久性和抗冲击能力，且存在与基材紧密连接和协调变形等明显优势。该加固方法施工便捷，施工质量易于保证。

　　实践证明，用高 强复合玻璃纤维布加 固钢筋混凝土梁后，其抗弯承载力有明显提高。在盐城市六郎河桥、育新河桥、闸南河桥等桥梁加固中均采用了该项技术和材料进行加固，具有良好的加固效果和综合的经济效果。

　　由于复合玻璃纤维材料本身的不足以及人们认识的不全面，导致在具体应用中仍存在一些问题， 如粘贴工艺问题、耐疲劳问题、复合材料的老化问题等等，但是随着人们研究的深入和生产工艺的改进，这些问题都将得以解决，复合材料在结构补强方面的应用将会越来越广泛。

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