【導(dǎo)讀】posites.2Lecturer,SripatumUniversity,Thailand.

　　

【正文】 材料的幾個(gè)設(shè)計(jì)指南也已經(jīng)被應(yīng)用于強(qiáng)化混凝土橋梁。然而，采用碳纖維復(fù)合材料修復(fù) 損壞的 混凝土橋梁的指導(dǎo)和規(guī)范還非常有限。本文通過(guò)合適的例子給出了修復(fù)受損混凝土梁橋的準(zhǔn)則，列出了評(píng)估、無(wú)損檢測(cè)、碳纖維復(fù)合材料復(fù)原受損混凝土橋梁。碳纖維復(fù)合材料的成功應(yīng)用 由于 良好的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)， 它主要考慮了 集中力在碳纖維復(fù)合材料中依靠混凝土與碳纖維復(fù)合材料接觸面間的粘合劑轉(zhuǎn)移。此設(shè)計(jì)對(duì)碳纖 維增強(qiáng)混凝土橋的延性和反應(yīng)的效果也進(jìn)行了討論和介紹。 2 混凝土橋梁的損壞 橋梁的使用年限應(yīng)該給予極大地關(guān)注。越來(lái)越多的橋梁在達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限之前出現(xiàn)令人側(cè)目的破損。這些過(guò)早出現(xiàn)的損壞使得橋梁的結(jié)構(gòu)可靠性和安全性成為 1副教授，雪城大學(xué)，美國(guó) 2講師，斯巴頓大學(xué)，泰國(guó) 8 了值得考慮的問(wèn)題。總的來(lái)說(shuō)，橋梁的 損壞 與考慮它的花費(fèi)多少是緊密相關(guān)的。在很多情況下，損壞問(wèn)題的根源是混凝土結(jié)構(gòu)中受力鋼筋的腐蝕。通常由混凝土保護(hù)層預(yù)防受力筋的腐蝕。然而，這些具有代表性的問(wèn)題，如混凝土質(zhì)量差、不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)或施工和周?chē)鷲毫拥沫h(huán) 境導(dǎo)致了鋼筋的腐蝕。如果不及時(shí)處理像鋼筋腐蝕這種耐久性問(wèn)題，可能會(huì)引起受力不均問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，如圖 1所示。 圖 1 鋼筋的銹蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu) 失穩(wěn) 3 損壞的混凝土梁橋墩柱的無(wú)損檢測(cè) 為了設(shè)計(jì)一個(gè)成功的新式系統(tǒng)，應(yīng)該對(duì)橋梁現(xiàn)有的情況作徹底評(píng)估。 評(píng)價(jià)現(xiàn)有橋梁的元素或體系需要 翻看 asbuilt圖紙 ，才能準(zhǔn)確的評(píng)估出現(xiàn)有橋梁的狀況，如圖2所示。根據(jù)評(píng)估的目的，無(wú)損測(cè)試應(yīng)該包括的內(nèi)容：強(qiáng)度的檢測(cè)，鹽度，腐蝕率，混凝土中堿含量等等。 雖然大多數(shù)的無(wú)損測(cè)試對(duì)現(xiàn)有橋梁不會(huì)造成任 何損壞，一些無(wú)損檢測(cè)可能導(dǎo)致的輕微局部損傷（如鉆洞取芯），在無(wú)損檢測(cè)完畢后應(yīng)予以修復(fù)。 這些測(cè)試也被叫 9 作部分破壞性測(cè)試 ,但屬于無(wú)損檢測(cè)。 圖 2 混凝土橋墩可見(jiàn)缺陷正面圖 為了針對(duì)特殊情況選擇最合適的無(wú)損檢測(cè)，應(yīng)該明確測(cè)試的目的。 一般來(lái)說(shuō) ,有三種類(lèi)型的無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行調(diào)查 ：（ 1）強(qiáng)度；（ 2）其他結(jié)構(gòu)性質(zhì)；（ 3）質(zhì)量及耐久性。強(qiáng)度測(cè)試的方法可能包括：抗壓測(cè)試（如軸心抗壓、反彈測(cè)試儀、超聲波脈沖速度檢測(cè)）；表面硬度測(cè)試（如反彈儀測(cè)試）；貫入度試驗(yàn)（如溫莎探針）；拉拔試驗(yàn)（錨索抗拔試驗(yàn)）。 其它結(jié)構(gòu)測(cè)試方法 還 包括 ： 混凝土保護(hù)層厚度 （保護(hù)層測(cè)量）；定位鋼筋位置（鋼筋定位器）；鋼筋尺寸（某些鋼筋定位器、鋼筋數(shù)據(jù)掃描儀）；混凝土的濕度（含水量測(cè)試儀、水分測(cè)定儀）；混凝土裂縫檢查（外觀鑒定、回音法、超聲波脈沖回波速度檢查法）；混凝土分層剝離（錘擊試驗(yàn)、超聲波脈沖回波速度檢查法、回音法）；缺陷和內(nèi)部開(kāi)裂（超聲波脈沖回波速度檢查法、回音法）； 動(dòng)態(tài)彈性模量 （超聲波脈沖回波速度檢查法）；泊松比（超聲波脈沖回波速度檢查法）；混凝土板或墻的厚度（超聲波脈沖回波速度檢查法）；碳纖維復(fù)合材料剝離（錘擊試驗(yàn)、紅外線溫度 記錄技術(shù)）；混凝土表面缺陷（外觀鑒定）。 質(zhì)量和耐久性試驗(yàn)方法包括：鋼筋銹蝕率 — 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)剖面氯化物，驗(yàn)定鋼筋銹蝕率，測(cè)試鋼筋電阻率，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定 堿質(zhì)與粒料反應(yīng)活性 ，混凝土堿度測(cè)定（碳化測(cè)定），混凝土的滲透性（現(xiàn)場(chǎng)滲透性試驗(yàn)）。 4 損壞的混凝土梁橋墩柱的無(wú)損探傷 對(duì)一個(gè)現(xiàn)有混凝土橋梁結(jié)構(gòu)特征的評(píng)估由各種信息組成，如圖紙、構(gòu)筑物的檢查記錄，無(wú)損檢測(cè)的分析數(shù)據(jù)和橋梁的結(jié)構(gòu)分析。評(píng)估過(guò)程可以概括如下：（ 1）計(jì)劃評(píng)估；（ 2）預(yù)備評(píng)估，主要包括現(xiàn)有文件檢查、實(shí)地檢查、材料檢驗(yàn)和初步分析；（ 3）初步評(píng)估，主要有檢 查階段，審查階段和完成階段。（ 4）有關(guān)成本影響的分析。 裸露的鋼筋 裂縫平行于銹蝕 的鋼筋 剝離（敲擊有空心聲音） 彎剪 /剪切裂縫 10 如果上述提供的信息，不足以用來(lái)進(jìn)行高水平的評(píng)估。那么，我們做完上述的初步評(píng)估的步驟之后，可以再做一個(gè)詳細(xì)的、深入的評(píng)估。對(duì)于某個(gè)現(xiàn)存損壞的混凝土橋梁成功地分析評(píng)估應(yīng)當(dāng)考慮橋梁的實(shí)際情況及它的各部分的損壞程度。如果在適當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)間內(nèi)很難完成如此詳細(xì)的分析，那么就可能需要談及的依靠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的實(shí)際橋梁的評(píng)估。 5 碳纖維復(fù)合材料修復(fù)受損橋梁的應(yīng)用 碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用 延長(zhǎng)了既有混凝土橋梁的使用年限而變得越來(lái)越引人注目。在橋梁的外部粘結(jié)碳纖維復(fù)合材料加強(qiáng)現(xiàn) 有橋梁的技術(shù)被廣泛應(yīng)用在日本（纖維增強(qiáng)塑料板）和歐洲（多層纖維板）。在 20 世紀(jì) 80 年代，這些材料被應(yīng)用于加強(qiáng)既有混凝土橋梁，最先是被用來(lái)替代鋼板，后來(lái)被用來(lái)替代鋼套作為橋墩的耐震補(bǔ)強(qiáng)。碳纖維復(fù)合材料由纖維強(qiáng)化復(fù)合材料與合成樹(shù)脂基質(zhì)粘結(jié)在一起組成。纖維以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能使兩者良好復(fù)合。樹(shù)脂基質(zhì)支撐并保護(hù)著纖維，將外施荷載以剪應(yīng)力的方式傳遞給纖維。大部分在建筑市場(chǎng)上能買(mǎi)到的碳纖維復(fù)合材料加固系統(tǒng)都是由單向纖維嵌套在樹(shù)脂基質(zhì)中構(gòu)成，最具代表性的是環(huán)氧樹(shù)脂。碳纖維的有限的極限應(yīng)變可能會(huì)限制強(qiáng)化涂層中的元素的形變能力 。然而，在交通荷載作用下，結(jié)構(gòu)在破壞之前且全局的形變?cè)诳山邮艿某潭葍?nèi)，碳纖維復(fù)合材料板與混凝土基質(zhì)之間局部的脫膠是被允許的。 碳纖維復(fù)合材料可用于增加包括蓋梁在內(nèi)的橋主梁的抗彎及抗剪強(qiáng)度，如圖 3所示。為了增加碳纖維復(fù)合材料加強(qiáng)的混凝土主梁的延性，防止由于混凝土基質(zhì)與碳纖維復(fù)合材料接觸面之間產(chǎn)生局部脫膠而造成的縱向板過(guò)早剝離，應(yīng)將用于增強(qiáng)抗彎強(qiáng)度的縱向碳纖維復(fù)合材料板、橫向板及對(duì)角板互相錨固。為了防止在混凝土構(gòu)件的轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生應(yīng)力集中和碳纖維復(fù)合材料板過(guò)早斷裂，這些轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)是不小于50mm（ ）半徑的 圓角，如圖 3所示。 圖 3 碳纖維復(fù)合材料混凝土墩柱彎剪強(qiáng)度的加強(qiáng) 11 由于鋼筋的銹蝕而導(dǎo)致的鋼筋截面面積的損失和混凝土保護(hù)層的損壞是混凝土橋梁構(gòu)件損壞的根本原因。因此應(yīng)該時(shí)刻注意像這樣可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的損壞。碳纖維復(fù)合材料對(duì)受損橋梁結(jié)構(gòu)的修復(fù)如下圖 4所示。 圖 4 碳纖維復(fù)合材料對(duì)受損橋梁的修復(fù) 6 概要和結(jié)論 在上文中對(duì)測(cè)評(píng)橋梁、無(wú)損測(cè)試和對(duì)受損混凝土橋梁的修復(fù)進(jìn)行了介紹。鋼筋的銹蝕可能會(huì)導(dǎo)致混凝土橋梁的構(gòu)件發(fā)生彎曲或者剪切破壞。由于碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用延長(zhǎng)了現(xiàn)有混凝土 橋梁的使用年限，因此越來(lái)越多的人正在對(duì)它投入關(guān)注。碳纖維復(fù)合材料可以被應(yīng)用于增加構(gòu)件的抗彎剪強(qiáng)度，也可以被用來(lái)修復(fù)混凝土橋梁的受損構(gòu)件。碳纖維復(fù)合材料可以很好的應(yīng)用于防止應(yīng)力集中和構(gòu)件過(guò)早的破裂及損壞。在極易被腐蝕的環(huán)境中，防腐蝕的碳纖維復(fù)合材料體系應(yīng)當(dāng)被應(yīng)用，以便成功的修復(fù)受損的混凝土橋梁。 彎曲裂縫 彎剪 /剪切裂縫