3.3 体外预应力加固法
该法是借助所施加的预应力以减少构件产生的拉应力。一般采用无粘结预应力混凝土技术做加固。其优点是不但能提高结构承载力,也能明显改善构件的抗裂性能,缺点是预应力加固构件是二次受力构件,存在应力超前和应变滞后现象。原构件预应力作用产生的压缩变形对控制张拉量的计算影响较大。由于钢板本身的防腐蚀能力差,对于海洋或具有腐蚀性较强的环境不宜采用。
3.4 碳纤维加固法
由于碳纤维布是柔性材料,施工时可以依靠现场用剪刀裁剪成所需的形状和尺寸,对构件的不同外形都具有极高的适应能力,且重量轻,现场施工基本是手工操作,不需要大型设备和施工工具,在较小的空间即可进行施工,所以施工速度很快,施工工期短,粘贴质量可以得到保证。从经济角度分析,碳纤维布价格虽然相对较高,但在运输、存储、装卸、加工、维护过程中的费用相对较少,施工机具简单,从而减少了机械台班费,施工速度快,相应又缩短了工期,也节省了人工费用,碳纤维耐久性好,又减少了后期维护费用。因此,加固工程综合造价中碳纤维相对要低。
综合施工难易程度、施工工期和施工质量等因素,采用碳纤维加固钢筋混凝士桥梁结构具有巨大的理论和实践意义。
4 碳纤维材料加固原理
碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用原理与钢筋混凝土结构的工作原理相似:
(1)钢筋与混凝土具有良好的握裹性。两者在受力后共同变形形成协调性,碳纤维需借助粘结材料与混凝土结合,两者之间的结合必须大于混凝土本身的抗剪强度。通常使用的粘结树脂为胶结剂,它涂于混凝土表面,易渗入混凝土内与之结合成类似树脂混凝土,可加强混凝土强度,并与碳纤维密切结合,有效传递剪力,而使碳纤维和混凝土结合成一体。
(2)钢筋具有比混凝土更高的弹性模量和抗拉强度。碳纤维的强度虽然高,但其弹性模量与钢筋差不多,见表2,故碳纤维用于钢筋混凝土的加固上不会有搭配问题,因而可以用于弥补钢筋混凝土内钢筋的抗拉不足部分。

(3)钢筋与混凝土具有相近的温度线性膨胀系数。钢筋混凝土结构不会由于强度变化产生相应的温度内应力,而碳纤维材料的热膨胀系数a较混凝土和钢筋要小的多,约为1 x10-5/℃,因而当升温15℃时,在碳纤维材料中将发生拉应力δ约为32.25MPa,但对碳纤维材料而言仅为极限强度3400MPa的1%左右,故影响不大。
(4)钢筋与混凝土有良好的化学相容性。因为在混凝土中具有一定的碱性性质,故不会使钢筋发生锈蚀。由于碳纤维加工过程中已经历了2000~3000℃的考验,故可以适用恶劣的使用环境,与原结构用环氧树脂粘贴后,能可靠地与原结构物共同工作。
由于碳纤维材料具有与钢筋混凝土相容的材料物性,且其又具有耐酸、耐碱、耐盐、耐老化、耐高温、耐低温等特性,故粘贴碳纤维材料在表面后对原结构有良好的保护作用,故可以广泛应用于桥梁加固工程。
5 展 望
碳纤维材料是一种强度高、重量轻、耐久性好的复合材料,是一种较为理想的桥梁的加固材料。针对目前运营的桥梁中存在的老化、破损、裂缝等问题,在广泛应用碳纤维材料加固桥梁技术基础上,不断尝试创新,使用新技术、新工艺和新方法使得加固过程更加快捷、经济、安全和可靠。在不断完善桥梁加固技术的过程中,为我国交通现代化进程起到巨大的促进作用,更好地倡导和谐社会进程。