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摘要：针对几种常用桥梁加固方式的优缺点，本文对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固法和该加固方法的基本施工工艺进行了介绍，并对 CFRP 在桥梁加固工程上的发展应用前景进行了简单展望，以供参考。
关键词：复合材料；CFRP；桥梁加固；施工工艺
1.研究背景
我国大部分既有桥梁是按照上世纪的设计标准建造而成，随着我国经济的快速发展，不论是车辆的数量还是重量上都有较大的提高，桥梁所承受的荷载远远超过了原设计标准，加上桥梁受到人为和自然因素的影响不可避免出现各种病害导致桥梁的无法满足现代交通运输的使用需求。
由此可见，为了增加既有桥梁的使用寿命，继续发挥其工作能力，就需要对其进行加固处理，提高桥梁承载能力使其能够满足实际使用需求。因此，近些年除了粘贴钢板加固法、增大截面加固法、体外预应力加固法等传统加固方法外，碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，以下简称CFRP）也因为其具有质轻高强、耐腐蚀性强、可设计性强、便于施工等传统加固材料所没有的优点越来越多地应用于桥梁的加固工程。
2.桥梁加固方法
从上世纪 80 年代以来，国外就已经开始重视桥梁的承载能力鉴定，并提出了要总结出如何采用合理的加固方式提高既有桥梁实际承载能力。近二十多年，国内也开始开展既有桥梁的加固工程，特别是混凝土结构的加固维修，并总结和积累了丰富的实际工程经验。
2.1常见桥梁加固方法
（1）粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法广泛应用于桥梁加固工程中，当桥梁的受拉截面出现横向裂缝或者受拉钢筋锈蚀等不利因素导致桥梁承载力下降无法满足实际承载力需求时，使用锚具和粘结剂将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉截面或其它薄弱截面，使加固钢板与原桥梁上部结构形成整体，从而提高结构的整体承载能力。
粘贴钢板加固法能够在尽可能小的改变原结构尺寸基础上，提高桥梁的承载力，并且经过大量实际工程的总结出成熟的施工工艺等优势。但加固所使用的钢板均需要定期进行表面防护，避免加固钢板因为锈蚀而导致钢板脱落降低结构的安全性。
（2）增大截面加固法
当主梁的强度或刚度等其他性能出现不足后，该方法一般是增大主梁底面或者侧面的截面尺寸或配筋率，以提高主梁截面的有效高度来增大桥梁承载能力和刚度等力学性能，从而使桥梁能够满足实际需求。
增大截面加固法一般是增大桥梁底面或侧面的尺寸，所以施工过程大部分是在梁底或侧面进行，施工难度较大，且施工质量难以把控，桥梁加固效果的可靠性可能会受到较大影响。
（3）体外预应力加固法
体外预应力加固法是通过粗钢筋、钢绞线或者高强钢丝等钢材对桥梁上部结构施加体外预应力，以预加力产生的反弯矩抵消外荷载产生的内力，从而达到提高桥梁承载能力的目的。该方法可在不增加原桥梁自重的前提下，有效提高主梁的承载能力，从而降低了墩台基础的加固量。同时，在合理安排施工流程的情况下，可以实现不中断桥上交通或短时间限制交通。
但是该方法最大的缺点是加固后体外预应力束容易腐蚀或受到意外被破坏，从而导致加固效果无法达到预期。
除了上述三类常用的加固方法，还有其他几类加固方式见下表 1
表1 常用加固方式优缺点
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序号
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加固方式
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优点
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缺点
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1
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桥面补强层加固法
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能够有效增大主梁的有限高度从而发提高单梁或桥梁整体结构的承载能力
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用工量大，工期长、且会对原结构造成一定损伤
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2
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增设主梁加固法
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加固后桥梁的纵、横向刚度提高明显
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新旧桥连接处易出现通缝，需对桥面反复修补
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3
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增加横向联系加固法
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能够有效改善上部结构的荷载横向分
布规律，从而提高结构整体承载能力
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会对结构造成一定损伤
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2.2CFRP 布加固法
（1）CFRP 材料特点
相较于传统加固方法所使用的材料，CFRP 本身具有以下几个优点，见表 2。
表 2 CFRP 材料性能特点
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序号
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优点
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1
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质轻高强
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2
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耐腐蚀性强
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3
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可设计性强
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4
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便于施工
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质轻高强。CFRP 的密度只有普通钢材的 1/4，所以使用 CFRP 加固对桥梁自重影响较小，同时其抗拉强度与同截面钢材的抗拉强度相比有较大的提升。
耐腐蚀性强。根据国内外相关学者的研究，CFRP 的耐腐蚀性较强，能够很好地防止钢筋混凝土中的钢筋的锈蚀，尤其是适合沿海地区盐碱含量较高的地区。
可设计性强。CFRP 布较为柔软，在将其粘贴到主梁底加固时，可以根据薄弱区的形状进行粘贴，并且可以根据受力的不同，粘贴若干层来保证加固效果达到设计效果。
便于施工。使用 CFRP 布加固过程中，不需要大型机械进场，不需要对交通进行封闭，也不需要占用较大面积的施工场地。
故将CFRP 布粘贴于梁底加固桥梁不仅能够充分发挥CFRP 抗拉强度高的优点，还能够利用其耐腐蚀性强来防止钢筋锈蚀，同时对核心混凝土起到约束作用，使混凝土处于三项受压状态从而大大提高构件整体力学性能。
（2）CFRP 布加固施工工艺
CFRP 布加固法利用了CFRP 的特点，将 CFRP 布粘贴于梁底表面，从而达到提高构件的承载能力目的。CFRP 加固基本操作流程见图 1。
图 1
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CFRP 布加固基本操作流程
CFRP 布加固法的施工工艺的操作步骤中需要注意以下几点：
1）在加固施工准备前，要掌握加固桥梁的数据，CFRP 的材料性能参数。
2）因为是在梁底表面粘贴 CFRP 布，所以对梁底表面的清理十分重要。除去表面的灰尘和杂物后，再用打磨机将混凝土表面打磨平整。
3）在梁底表面处理平整后，用毛刷和滚筒在底面均匀覆盖一层底胶，保证底胶渗入混凝土中，从而确保后续 CFRP 布与混凝土之间的粘结性。
4）将 CFRP 布裁剪成设计好的尺寸，然后在贴布前，将裁剪好的CFRP 布均匀涂上粘结树脂。贴布时，使用滚轮按着纤维缠绕方向推平，保证粘结树脂充分渗入 CFRP 布中，且在 CFRP 布与底胶之间不应留有空气。
5）粘贴CFRP 布后，需要自然养护 24 小时初步固化，从而保证后续CFRP 与混凝土之间的粘结性能良好，能够保持变形协调。
3.展望
虽然与粘贴钢板加固法、增大截面加固法、体外预应力加固法等其他传统加固方式相比，CFRP 布加固法能够充分利用材料自重轻、抗拉强度高、耐腐蚀性强、可设计性强、便于施工等优点来，利用好这些优点会给桥梁加固工程带来十分重大的影响，但就目前而言，因为国内对CFRP 的研究还不够成熟和系统，其在桥梁加固工程中的耐久性、耐高温等问题有待进一步研究与总结。
随着CFRP 的推广与成本的降低，相关材料的使用经验、施工工艺和理论研究都会取得长足发展，进而保证 CFRP 在未来的桥梁加固领域提供更大的支持。
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