一
、概述
　　碳纖維單向布具有高強度、高彈性模量和耐久性好等優點。應用專用的樹脂和碳纖維布，按設計要求粘貼於砼表麵
，從而達到結構物加固補強效果。通過對梁、板、柱等進行加固前後大量對比試驗，力學性能顯著得到提高，據試驗研究統計粘貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5～8%。此技術與其他粘鋼、噴射砼等加固技術相比
，具有自重小
、施工簡便
、施工周期短和耐久性好等特點。
　　美國
、日本等國於二十世紀八十年代開始進行實驗研究
，目前已經大量使用此技術。據有關資料統計，僅日本1997年用於加固修複的碳纖維布使用量就達70萬m2。woguojinliangnianlai，keyandanweiheyuanxiaozaizhefangmiandeyanjiuheyingyongzuoledalianggongzuo

，shengchanchuyixiliedetanxianweifuhecailiao
，shigongchengjiangdilefeiyong，tongshiyequdelejiaochengshudeshejifangfaheshigongjingyan，weiguangfantuiguanggaijishuchuangzaoleyoulitiaojian。
　　二、立交橋改建工程設計簡介
　　健翔立交橋位於北京的北四環路與八達嶺高速路相交處，於1998年建成。橋梁上部結構為6跨、L＝18m預應力砼簡支梁。中央設隔離帶，兩側為雙向機動車道，兩外側為非機動車道，全寬55m。隨著城市交通量的增長
，立交橋現有的寬度已不能滿足交通量的需要，為確保四環路成為城市快速路，需將現況橋梁向南、北兩側拓寬至72m，將現兩外側的非機動車橋改建為輔路橋，並新建非機動車橋。現況橋上部結構主梁和中墩蓋梁，對應機動車道部分的荷載均按汽車―超20級
、掛車―120設計

，而對應非機動車道的上部結構主梁和中墩蓋梁荷載均按汽車―15級、掛車―80進行設計
，並且改建為輔路橋後要求荷載均為汽車―超20級
、掛車―120。現非機動車橋的主梁拆除更換，但各中墩蓋梁的機動車和非機動車中間未斷開，為三跨一聯的變截麵普通鋼筋砼連續結構。
　　經反複核算比較
，為盡量減小蓋梁正負彎矩區的補強加固工作量，一方麵采用了減輕橋梁自重措施
，將砼橋麵改為輕質(容重為19KN/m3)砼tong橋qiao麵mian，另ling一yi方fang麵mian加jia寬kuan中zhong墩dun蓋gai梁liang下xia墩dun柱zhu寬kuan度du，蓋gai梁liang的de正zheng負fu彎wan矩ju及ji剪jian力li均jun相xiang應ying減jian小xiao，這zhe樣yang對dui應ying機ji動dong車che部bu分fen蓋gai梁liang的de現xian鋼gang筋jin配pei置zhi可ke滿man足zu設she計ji要yao求qiu，而er對dui應ying輔fu路lu(現非機動車橋)部分蓋梁按現配筋其應力與設計要求相差10～15%。為節省工程投資，且根據現四環路交通不允許中斷的情況，經有關部門批準，確定將全橋的5排中墩蓋梁的20個正負彎矩區進行補強加固處理，全橋蓋梁加固麵積395m2，其具體加固位置見圖。
　　三
、加固和材料的選定
　　1?加固的選定
　　各中墩蓋梁原設計為隱形蓋梁給加固工作帶來較大的困難
，最早提出采用噴射鋼纖維砼和外包鋼板的加固，因主梁梁端在跨間處距蓋梁外側麵僅5cm
，經計算比較與施工空間的限製上述兩可行性較小，最後確定選用碳纖維複合材料進行補強加固。碳纖維布的極限抗拉強度高於普通鋼筋的10倍以上
，而彈性模量也與鋼筋相近，較適合於鋼筋砼結構的補強加固工程。另外施工簡便
，適用於要求施工周期短的加固工程。
　　2?材料的選定
　　近二、三年來

，我國引進了美國
、ribenshengchandetanxianweifuhecailiao，jinxingleyixiegongchengdejiagu，bingqudelejiaohaoxiaoyi

，danfeiyonggaoyingxiangtuiguangyingyong。jinqiyouyuguochanhuaxiliedetanxianweifuhecailiaodechuxian
，weigaigongchengcailiaodexuanyongdiandinglejichu。jingbijiaocaiyongbeijingtiehuadazhongkejifazhanyouxiangongside碳纖維布和配套樹脂
，其中碳纖維布采cai用yong的de是shi國guo外wai進jin口kou優you質zhi絲si
，質zhi量liang可ke靠kao穩wen定ding，費fei用yong較jiao低di。產chan品pin通tong過guo國guo家jia級ji質zhi檢jian部bu門men的de嚴yan格ge檢jian驗yan，各ge項xiang性xing能neng指zhi標biao已yi達da到dao國guo外wai同tong類lei產chan品pin的de水shui平ping。下xia麵mian是shi碳tan纖xian維wei單dan向xiang布bu和he配pei套tao樹shu脂zhi的de規gui格ge及ji與yu日ri本ben同tong類lei產chan品pin(日鐵係列指標)性能對比結果(見表1～5)。
碳纖維單向布性能對比表 2
碳纖維單向布的規格表 1
CFC 日鐵FTS 測試方法
牌號 單位麵積碳纖維布的質量g/m2 拉伸強度 MPa 3730
3930
4050 3400 非標
CFC?20 200±10 拉伸模量 GPa 235 230 非標
CFC?25 250±10 抗剪強度 MPa 11?4 非標
CFC―30 300±10 粘結強度 MPa 2?56 JIS K5400
注：用於加固補強
表麵處理樹脂性能對比表 3
SE 日鐵FP―NS 方法
粘結強度 MPa 2.2 2.9 JIS K5400
注：用於被加固砼結構的表麵處理
修平樹脂性能對比表 4
浸漬樹脂性能對比表 5
IE 日鐵FE-E3P 方法
RE 日鐵FE―2 方法 拉伸強度 MPa 57.5 29 JIS K7113
壓縮強度 MPa 76 34 JIS K7208 拉伸模量 GPa 93.1 39 JIS K7203
抗剪強度 MPa 14.3 9.8 JIS K6850 抗剪強度 MPa 85.1 JIS K7208
粘結強度 MPa 2.1 2 JIS K5400 粘結強度 MPa 15.5 9.8 JIS K6850
注：用於砼結構表麵修平 注：用於碳纖維布的粘貼、浸漬
，使其與砼結合成為一個牢固整體
　　通過采用上述碳纖維複合材料對鋼筋梁、板和柱等構件進行補強加固前、後不同類型的力學性能試驗研究，以及對施工環境條件、施工工藝的防護層的探討和研究，並經過反複的實驗與檢驗證實產品質量穩定
、優良

，並在航天
、航空和軍事方麵得到應用

，現以批量生產。
　　四
、施工工藝
　　為確保受彎鋼筋蓋梁結構的原受力鋼筋與加固碳纖維能夠同步工作
，應該盡量縮短原蓋梁鋼筋與碳纖維的應力應變的差值
，蓋梁加固時(shi)需(xu)考(kao)慮(lv)卸(xie)載(zai)措(cuo)施(shi)，這(zhe)樣(yang)可(ke)推(tui)遲(chi)將(jiang)原(yuan)蓋(gai)梁(liang)結(jie)構(gou)的(de)鋼(gang)筋(jin)受(shou)力(li)轉(zhuan)給(gei)碳(tan)纖(xian)維(wei)的(de)時(shi)間(jian)
，積(ji)極(ji)地(di)改(gai)善(shan)蓋(gai)梁(liang)結(jie)構(gou)
，並(bing)使(shi)得(de)破(po)壞(huai)時(shi)原(yuan)鋼(gang)筋(jin)和(he)碳(tan)纖(xian)維(wei)各(ge)自(zi)進(jin)入(ru)極(ji)限(xian)狀(zhuang)態(tai)，蓋(gai)梁(liang)的(de)總(zong)體(ti)強(qiang)度(du)顯(xian)著(zhu)得(de)到(dao)提(ti)高(gao)。?蓋梁加固時卸載措施：拆除原荷載標準低的主梁→碳纖維布粘貼加固→安裝新標準荷載主梁。
　　加固施工工藝
　　1?對被加固砼表麵作打磨處理，除去風化層，露出新茬，清除灰塵，保持清潔。
　　2?將表麵處理樹脂均勻塗刷在待施工的界麵上，不得有遺漏處。
　　3?待表麵樹脂不粘手時，用修平樹脂找平基麵，做到基麵平整無凹陷處。
　　4?待修平樹脂不粘手已基本固化後，即可將浸漬樹脂均勻塗刷在上麵
，厚度約3～5mm
，不得有過厚、過薄或有遺漏處。
　　5?將碳纖維單向布展開
、拉la緊jin，平ping鋪pu在zai塗tu有you浸jin漬zi樹shu脂zhi的de基ji麵mian上shang
，再zai用yong專zhuan用yong工gong具ju反fan複fu滾gun壓ya
，排pai除chu單dan向xiang布bu與yu浸jin漬zi樹shu脂zhi間jian的de空kong氣qi，使shi單dan向xiang布bu完wan全quan浸jin漬zi於yu樹shu脂zhi之zhi中zhong，要yao做zuo到dao碳tan纖xian維wei單dan向xiang布bu平ping
、直，中間無空穴、無氣泡。
加固位置圖
　　6?第二層及以後單向布的鋪設與第4、5二項的操作及要求相同。
　　7?在鋪設滾壓最後一層單向布後，應做一次最後的壓平
、整理，並再塗浸漬樹脂，厚度約1～2mm。
　　8?加固層完全固化時間約7d
，完全固化後即可根據設計要求，塗刷防護及裝飾外用麵漆。
　　選用的防護層具有優異的抗老化和耐介質腐蝕性能
，可在-50℃～120℃溫度的環境下長期使用，此材料已在中央電視塔


、三峽工程西陵長江大橋等多項重點工程中使用，效果良好。?健翔立交橋加固工程自2000年6月上旬開工，2000年7月上旬竣工曆時約30天，碳纖維布與梁表麵粘結良好，施工質量取得了滿意的效果。
　　五、加固優點及探討意見
　　1?碳纖維布重量輕
，施工時不用任何重型設備，其又很薄不需要較大的空間
，尤其是在該工程加固空間緊張的情況下，更能顯示這一優越性。
　　2?加固鋼筋砼結構，采用粘貼強度高和高彈性模量的碳纖維的辦法，也能取得類似於鋼板的同樣加固效果，但其結構重量未增加，外表也輕巧美觀。
　　3?有極好的耐久性
，由於加固隻使用碳纖維和配套樹脂，因而不會出現生鏽，並具有耐酸、堿、鹽和大氣環境腐蝕等性能，碳纖維布有極好的抗化學作用。
　　4?在健翔立交橋加固工程中使用碳纖維複合材料加固中墩蓋梁
，經初步計算為工程節省投資約2500萬元
，減少了施工周期，還解決了施工中不中斷交通的難題，取得了較大的經濟效益和社會效益

，受到了有關單位的好評。
　　5?為促進該項新技術、新材料的快速發展，建議有關單位應盡快組織力量，製定完整的設計
、施工、質量檢驗和驗收標準等技術。
　　綜上所述
，粘貼碳纖維複合材料新技術是加固鋼筋砼結構行之有效的方法，值得推廣應用。