CFRP加固的重新思考

CFRP用于桥梁加固设计的重新思考
近些年CFRP材料在我国桥梁加固行业得到越来越多的关注，并且在很多实际工程运用，例如合宁高速公路、沪宁高速公路以及江阴大桥连接线等都采用CFRP对桥梁进行加固、补强。CFRP加固桥梁的主要特点表现在：
（1）几乎不增加结构自重和截面尺寸。由于碳纤维的单位积重量仅为钢材的l／4左右，且制成片状后其厚度仅为0.111-0.167mm，如制成板状后，其厚度也仅为1.4mm左右，因而几乎不增加结构自重和改变截面外形。

（2）施工方便。由于其自重较轻，可操作性强，操作空间要求较宽松。尤其对于箱梁构造而言，有时可以在箱室内进行操作，既可以节省庞大的支架费用，也具有一定的安全性和隐蔽性。

（3）高强高效。由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在对混凝土结构进行加固补强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固的目的。

（4）耐腐蚀性能。碳纤维材料的化学性质稳定，不与酸碱盐等化学物质发生反应，因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐蚀性，解决了其它加固方法所遇到的化学腐蚀问题。

（5）适用面广。由于碳纤维布是一种柔性材料，而且可以任意裁剪，所以这种加固技术可广泛地应用于各种结构类型、各种结构形状和结构中的各种部位，且不改变结构形状及不影响结构外观。同时，对于其它加固方法无法实施的结构和构件，诸如大型桥梁的桥墩、桥梁和桥板，以及隧道、大型简体及壳体结构工程等，碳纤维加固技术都能顺利地解决[1]。


以下主要从CFRP加固桥梁的承载能力性能、正常使用阶段性能介绍目前的研究现状以及存在的一些问题。

CFRP加固桥梁承载能力性能
关于CFRP加固桥梁抗弯构件承载能力需要明确的有二点：
1、CFRP加固后结构的承载能力仍旧由原来结构的承载能力决定。
2、无论对于有端部锚固处理加固还是无端部处理加固，屈服强度提高随着配筋率增大而减小，也就是说承载能力的提高随着配筋率的增大而减小。

以上两点也可以这样理解，CFRP粘贴加固可以说是对原有混凝土结构的潜在强度的挖掘，对于配筋率小的梁可以挖掘的潜力大，而对于配筋率大的梁剩下可以挖掘的潜力相对就小。
项目 截面（mm×mm） 配 筋 CFRP粘贴层数 屈服强度提高率
1 300×200 3Φ14 1 33.3％
2 300×200 3Φ20 1 3.7％
3 300×200 3Φ14 3 44.4％
4 300×200 3Φ20 3 13.9％

同时，CFRP加固桥梁方法也存在一定的限制：对于混凝土桥梁的抗弯加固，我国目前《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》规定CFRP粘贴加固混凝土结构承载能力提高极限为40％，尤其对于端部锚固无法保证时，尤其需要考虑承载能力提高的限制；另外，CFRP加固破坏不论是CFRP断裂还是CFRP剥落、撕落都呈一定的脆性、而且结构加固后破坏阶段症状如裂缝宽度、挠度变化都不如未加固结构明显，因此在加固设计时有必要提高加固安全系数，或者通过构造措施保证结构安全性。

CFRP加固桥梁正常使用阶段性能

混凝土结构规范中都有正常使用阶段控制要求，如挠度、裂缝宽度，同时，挠度、裂缝宽度是结构使用现状以及安全性的重要指示。首先需要说明的是，目前CFRP加固后结构正常使用阶段验算缺乏相关的理论依据。

目前，CFRP加固混凝土梁关于正常使用阶段性能的主要结论有：
1、CFRP对于桥梁抗弯构件的刚度的提高有作用，但是作用不明显。
2、外贴CFRP对裂缝宽度的抑制作用明显。

相对CFRP加固桥梁承载能力，其正常使用阶段性能是容易被忽略的问题，目前的相关研究相对较少，没有成熟的理论成果，是一个需要进一步通过模型试验以及实桥试验研究的课题。CFRP抗弯加固正常使用阶段性能需要进一步研究的问题主要有：

1、正常使用阶段挠度、裂缝宽度规范化计算的问题。
2、CFRP加固桥梁结构疲劳性能以及耐久性问题。
3、实际加固工程中，二次受力问题。所谓二次受力是加固前原结构已受力(即第一次受力)，已具有一定的应力应变水平，新加固部分未能立即承担荷载，只有在新增加荷载(即第二次受力)下，才开始受力。
4、实际加固工程中，构件预损伤的问题。在实际工程中绝大部分情况是当采用CFRP加固时，构件已承受荷载，而且荷载一般较大，结构已处于开裂状态，或者存在一定的损伤。

结语
不少情况下，用CFRP对混凝土结构进行加固补强是一个很有竞争力的选择。如何合理选择加固方法以及进行加固设计是设计者需要仔细考虑的问题。以上对CFRP加固桥梁当前情况进行了一些总结，也提出了一些问题，希望对大家有用。