前言
近年來，在公路改造工程中，用“碳纖維增強(qiáng)聚合物”（FRP）加固橋梁的方法已十分普及，常采用的施工工藝是粘貼碳布法。然而，在實(shí)踐過程中，粘貼碳布法加固的橋梁，也凸顯出許多不利情況：保護(hù)層砼的腐蝕老化、砼強(qiáng)度的衰減、表面處理不到位、粘結(jié)劑質(zhì)量差、粘貼工藝不當(dāng)、粘貼上去的碳布難以和加固構(gòu)件形成整體。絕大多數(shù)情況是碳布不會(huì)被拉斷，而往往是由于粘貼不好而使碳布開膠而脫落。另外，由于碳布是貼在加固構(gòu)件外表面，還存在著怕撞、怕火、怕盜等諸多缺點(diǎn)。
為了避免或減少上述不利情況，同時(shí)考慮能使老齡橋梁受壓區(qū)砼提供足夠的抗壓力，本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，特介紹“橋梁加固工程中碳棒嵌入法結(jié)合鋼纖維砼的應(yīng)用”，賦予業(yè)內(nèi)共研。
1、碳棒嵌入法
碳棒嵌入法是先在待加固的砼保護(hù)層中開槽，填滿環(huán)氧樹脂，再嵌入碳棒。由于其和砼有三向接觸面，粘結(jié)可靠，且不苛求對(duì)砼的處理，不會(huì)形成剝離脫落。
這種加固方法的基本思路是，將加固件從表面轉(zhuǎn)移到體內(nèi)，碳纖維不是先織成布，而是織成碳棒，碳棒斷面可以是圓形、方形或矩形，厚度（或直徑）通常為0.5～1.0cm。橋梁加固時(shí)，先在受拉面砼保護(hù)層中鋸開一條溝槽，用水沖洗干凈，將粘結(jié)劑填入溝槽內(nèi)，再把碳棒嵌進(jìn)去，碳棒的下緣可以和梁底齊平，也可以深藏在梁內(nèi)。（如下圖）
碳棒嵌入法的優(yōu)點(diǎn)是，碳棒通過粘結(jié)劑與構(gòu)件形成整體，也受到粘結(jié)劑的保護(hù)，避免了風(fēng)吹、雨打、碰撞、火災(zāi)之患；免除了對(duì)保護(hù)層費(fèi)工、費(fèi)時(shí)的處理工序；增加了兩個(gè)碳纖維與砼的接觸面而使粘結(jié)力提高，且不會(huì)再有碳纖維脫落之憂。從外形看，這種碳棒恰似傳統(tǒng)的鋼筋，可將它稱之謂“碳筋”。目前，有的廠家還生產(chǎn)出了帶壓痕的螺紋碳棒，酷似螺紋鋼筋。
2、鋼纖維砼橋面鋪裝
碳纖維（CFRP）具有極高的抗拉力，只要不開膠脫落，是很難被拉斷的。碳棒嵌入法，由于粘結(jié)力和錨固力的提高，抗彎性能得以充分發(fā)揮，從而承載能力得到提高。
但力偶的另一半是砼的承壓力，只有受壓區(qū)砼提供足夠的抗壓力，才能形成較高的抵抗力矩。我們所要加固的橋梁，往往是高齡結(jié)構(gòu)，砼強(qiáng)度級(jí)別較低或已老化。在彎矩作用下，受壓區(qū)砼早已被壓碎。顯然，我們需要對(duì)力偶的另一半進(jìn)行加強(qiáng)。
一種簡單的辦法是在舊橋面上加鋪一層高強(qiáng)度砼罩面。這里需要解決兩個(gè)問題：一是如何使罩面砼與原橋面連結(jié)成整體，參與受力；二是如何防止罩面砼因干縮和溫度影響而開裂。要解決這兩個(gè)問題方法很多，比如用環(huán)氧樹脂粘結(jié)新舊砼、在舊砼中植筋等。本文推崇的是鋼纖維砼橋面鋪裝。
新澆砼，尤其是大面積薄層砼，在干縮和溫差作用下，很容易出現(xiàn)裂縫，很難控制。如果在新澆砼中摻入適量散開的纖維（如鋼纖維），裂縫寬度會(huì)大大減小。
鋼纖維的加入，不但提高了抗拉強(qiáng)度，而且也改善了砼的受壓性能，使它具有較高的極限壓應(yīng)變。鋼纖維砼和碳纖維形成一對(duì)強(qiáng)大的抵抗力偶，延緩或避免了砼被壓碎。
3、加固梁承載力的提高與撓度的改善
筋砼梁在鋼筋屈服后表現(xiàn)出典型的塑性；而加固后的梁，則表現(xiàn)為承載力繼續(xù)上升，直至最大荷載。（如右圖）
根據(jù)對(duì)某一鋼筋砼橋梁1～8號(hào)梁，分別以未加固和采用貼碳布法及碳棒鋼纖維砼法加固，檢測(cè)出的承載力和撓度記錄，列表對(duì)照如下：
從上表可以看出，用貼碳布法提高強(qiáng)度為149%，而采用碳棒—鋼纖維砼法則提高了351%，撓度也有明顯減小。
4、延性的保持與破壞模式的改變
用CFRP加固鋼筋砼梁后，強(qiáng)度和剛度大幅度增加是以損失延性為代價(jià)得到的。在橋梁設(shè)計(jì)中，延性是一個(gè)很重要的指標(biāo)。延性的定義為極限荷載撓度與屈服荷載撓度之比。為了避免結(jié)構(gòu)突然破壞，需要有一個(gè)最低延性指標(biāo)，以便為鋼筋提供塑性工作的機(jī)會(huì)，并在結(jié)構(gòu)破壞前發(fā)出警告。
鋼筋砼橋未加固時(shí)具有較高的延性，延性值為3.75；貼碳布法則延性損失較大，延性值為2.16；鋼纖維砼具有較好的受壓變形性能，所以碳棒鋼纖維砼法具有較好的延性，保持了未加固梁的延性，延性值為3.84。
未加固的鋼筋砼梁是典型的受彎破壞：首先是鋼筋屈服，受拉區(qū)裂縫逐漸擴(kuò)展，直至受壓區(qū)砼被壓碎；貼碳布法加固的梁也屬彎曲破壞：首先是鋼筋屈服，接著頂部砼被壓碎；用碳棒鋼纖維砼加固的梁，則屬于彎剪破壞：隨著受拉邊裂縫的擴(kuò)展，產(chǎn)生剪力裂縫而破壞。
5、結(jié)論
用碳棒鋼纖維混凝法對(duì)鋼筋砼梁進(jìn)行抗彎加固具有很大潛力，不但能提高梁的極限承載能力，而且還能提高其剛度；用碳棒嵌入法（碳棒含筋率為0.25%）加固鋼筋砼梁后，使用荷載提高了55%；而采用碳棒鋼纖維砼時(shí)則提高了244%；采用碳棒嵌入法加固的梁，梁底裂縫性質(zhì)得到了很大改善，裂縫間距減小了一倍?？箯澰囼?yàn)表明：粘貼碳布時(shí)，碳布和砼表面的粘結(jié)強(qiáng)度很低；用碳棒嵌入法加固梁后，延性指標(biāo)降低了42%，這是因?yàn)轫艔?qiáng)度低，出現(xiàn)了早期被壓碎的緣故；而增加了鋼纖維砼后，基本上保持了RC梁原有的延性。用鋼纖維砼的辦法是可行的，連接面能很好地傳遞剪力，從而形成整體的抗彎斷面。
