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碳纤维混凝土智能材料在桥梁中的应用初探

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碳纤维材料在桥梁加固的应用[论文]

碳纤维材料在桥梁加固的应用[论文]

浅谈碳纤维材料在桥梁加固的应用摘要：本文结合g325广南线那蒙大桥和x021蒲董线炳岭桥维修加固工程实例，对碳纤维材料在桥梁加固的应用谈一些看法。

关键词：碳纤维材料桥梁加固应用碳纤维质轻高强、耐腐蚀、抗老化，有着优异的力学性能。

用其加固补强混凝土结构施工简单便捷，在桥梁维修加固中得到广泛的应用。

一、碳纤维材料特性碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的，其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。

碳纤维材料具有优异的物理力学性能。

加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。

碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。

碳纤维布的抗拉强度标准值应大于3000mpa，弹性模量大于2.1×l05mpa.综合材料的物理、力学特性分析，要想最大限度地发挥材料自身的优势，适宜将c（rp材料作为桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别适用于纯受拉构件，工程实践也证明了这一点。

目前，用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力，约束裂缝的开展。

二、在桥梁加固工程的应用1、工程概况g325广南线那蒙大桥旧桥为t形钢筋混凝土梁桥，大桥全长240.40m，桥面宽为12.50m，该桥上构为10*22.20m（钢筋混凝土t 梁）+10.00m（空心板梁），支座为板式橡胶支座。

下部结构采用双柱式墩，重力式桥台和双柱式桥墩。

伸缩缝为异型钢伸缩缝，栏杆为钢筋混凝土栏杆。

（1）病害特征：t型梁腹板底面横向裂缝、腹板侧面竖向裂缝、斜向裂缝；底部钢筋锈蚀，混凝土保护层开裂剥落。

（2）病害成因剖析：①t梁裂缝主要由外荷载引起的结构性（受力裂缝）。

②底部钢筋锈蚀，混凝土保护层开裂剥落主要是由于砼施工质量造成的，砼破坏处显示砼粗集料为卵石且质量欠佳导致砼与钢筋粘结不够密实。

碳纤维增强混凝土的力学性能及应用研究

碳纤维增强混凝土的力学性能及应用研究

碳纤维增强混凝土的力学性能及应用研究一、前言碳纤维增强混凝土是一种新型的复合材料，它将碳纤维与混凝土相结合，具有优异的力学性能和应用前景。

本文将对碳纤维增强混凝土的力学性能及应用进行研究和探讨。

二、碳纤维增强混凝土的基本概念1. 碳纤维碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，由碳元素组成，具有轻质、耐腐蚀、耐高温等特点，常用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。

2. 混凝土混凝土是一种复合材料，由水泥、砂、石、水等原材料组成，具有良好的耐久性、耐磨性、抗压强度等特点，是建筑工程中常用的材料。

3. 碳纤维增强混凝土碳纤维增强混凝土是将碳纤维与混凝土相结合而成的一种复合材料。

碳纤维可以提高混凝土的抗拉强度、韧性和耐久性，使其具有更好的力学性能和应用性能。

三、碳纤维增强混凝土的力学性能研究1. 抗拉强度碳纤维增强混凝土的抗拉强度比普通混凝土高出很多，可以达到50MPa以上。

这是因为碳纤维具有很高的强度和刚度，能够承受大的拉力，而混凝土的强度主要来自其压缩强度，抗拉强度较低。

2. 韧性碳纤维增强混凝土的韧性比普通混凝土好很多，可以承受更大的变形而不发生破坏。

这是因为碳纤维具有良好的延展性和断裂韧性，能够吸收能量，减小混凝土的应力集中，延缓破坏的发生。

3. 耐久性碳纤维增强混凝土的耐久性比普通混凝土好很多，可以承受更长时间的使用而不发生破坏。

这是因为碳纤维具有良好的耐腐蚀性和耐高温性，能够抵御外界环境的侵蚀和热冲击。

四、碳纤维增强混凝土的应用研究1. 桥梁碳纤维增强混凝土可以用于桥梁的修复和加固，提高其承载能力和耐久性。

例如，日本的“Akashi Kaikyo Bridge”就采用了碳纤维增强混凝土进行加固，使其成为世界上最长的吊桥。

2. 隧道碳纤维增强混凝土可以用于隧道的内衬和加固，提高其抗震能力和耐久性。

例如，中国的“南水北调中线工程”就采用了碳纤维增强混凝土进行隧道的内衬和加固，使其更加安全可靠。

3. 建筑碳纤维增强混凝土可以用于建筑的承重结构和外墙装饰，提高其结构稳定性和美观性。

浅谈碳纤维复合材料在桥梁梁体加固中的应用

浅谈碳纤维复合材料在桥梁梁体加固中的应用
周 法 既 可 作 为 桥 梁 通 过 重 车 的 临 时 加 固 手 段 ． 可 作 为 永 久 性 提 高 桥 梁 荷 载 又 等 级 的 措 施
２４ 改 变 结 构 受 力体 系 加 固 法 ． 这 类 方 法 是 通 过 改 变 桥 梁 的 受 力
通 的要求 ． 这些 问题 不仅 影 响 到桥 梁 的 正常 使用 ． 重 的还会 给 国家 和人 民带 严
料 一 钢 材 与 混 凝 土 ． 是 作 为 传 统 建 材 而
的一 个 重 要 补 充
梁 或 板 ． 用 对 受 拉 区 施 以 体 外 预 应 力 采 加 固 ． 以 抵 消 部 分 自重 应 力 ． 到度 地 提 高 梁 的 从
是 ２ １世 纪 土 木 工 程 领 域 可 持 续 发 展 的 重 要 研 究 课 题 Ｃ Ｒ 用 于 桥 梁 加 固 由 ＦＰ
性 和抗 裂 性 能不 足 时 ． 常 采用 增 大 构 通
件 截 面 、 加 配 筋 、 高 配 筋 率 的 加 固 增 提
来 巨 大 的 损 失 ． 了适 应 现 代 交 通 的 需 为 要 ． 足桥 梁 设 计 规 范要 求 。 须 对 这 满 必
些 桥 梁 进 行 加 固 补 强
土结 构 的受 拉 区边缘 或 薄 弱部 位 ． 钢 使
板 与 桥 梁 结 构 成 为 整 体 ． 成 一 个 由 混 形
凝土 、 接剂 及 钢板 组 成 的相 复 合 系统 粘
以共 同受力 ． 到提 高 桥 梁承 载 力 的 目 达
的。
体 系 ． 到提 高 承载 力 的 目的 。例 如 在 达
简 支 桥 梁 下 增 设 支 架 或 桥 墩 ． 将 简 支 或
新 世 纪 土 木 工 程 的 发 展 在 很 大 程 度 上 依 赖 于 性 能 优 异 的 新 材 料 的 应 用 和 发 展 。对 于 传 统 的 钢 筋 增 强 材 料 。 应 寻 找 一 种 强 度 高 、 量 轻 、 腐 蚀 和 耐 重 耐

碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用研究

碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用研究
故可得碳纤维的用量计算公式为：
ACF=As(Rg/fCF)
式中：
Mj——作用在受弯构件计算截面
上的最不利荷载效应(计算弯矩)；
Mu——受弯构件计算截面的承载
能力；
Ra——混凝土抗压设计强度； R g——纵向受拉钢筋抗拉设计
强度：
Ag——纵向受拉钢筋截面积：
，
R g——纵向受压钢筋抗拉设计
强度；
，
A g——纵向受压钢筋截面积； A g —— 为 抵 抗 不 足 弯 矩 所 需 的 钢
2011年第21期 (11月上) 《交通世界》 203
B桥梁隧道 RIDGE&TUNNEL
底层树脂并涂刷→配置找平材料并整平 →配置浸渍树脂并涂刷→粘贴碳纤维布 →罩面防护处理。
在碳纤维加固施工过程中，要特 别注意下列几个方面：
被加固构件的基面应平整且具有 一定强度，一般基面混凝土强度不低于 C15。
加固用的碳纤维布一般不宜采取 沿主纤维方向的搭接，搭接部位应避 开构件应力最大区段，搭接长度不应 小于100mm，且搭接端部应平整无翘 曲；多层搭接的各层接口位置不应在同 一截面，每层接口位置的净距宜大于 200mm。
应注意底涂胶、找平胶、粘贴主 胶、罩面胶等胶粘剂间的相容性。
粘贴施工应在气温高于5℃且为 晴天时进行。
该法施工简便，工期短，无需大 型设备，不受空间限制，可以不中断桥 面交通，且因碳纤维布随型性极强的特 点，可以适应不同构件的各种形状，成 型方便。
加固时碳纤维布通过环氧树脂 等粘结材料与原有构件有效粘结，不
需设置锚栓及凿开混凝土等，不会损 伤原构件。
由于碳纤维材料优异的物理力学 性能，在对混凝土结构加固补强过程中 可充分利用其高强度、高模量的特点来 提高构件的承载力，改善其受力性能， 达到高效加固的目的。

混凝土中添加碳纤维的研究及其应用

混凝土中添加碳纤维的研究及其应用

混凝土中添加碳纤维的研究及其应用一、引言混凝土是建筑领域中广泛使用的一种材料，具有强度高、耐久性好等特点。

为了进一步提高混凝土的性能，近年来研究者开始将碳纤维添加到混凝土中，以期获得更好的性能。

本文将介绍碳纤维对混凝土性能的影响、添加方法、应用等方面的研究及其应用。

二、碳纤维对混凝土性能的影响1.强度添加碳纤维可以显著提高混凝土的强度。

这是因为碳纤维具有高强度、高模量的特点，可以增强混凝土的韧性和抗拉强度。

研究表明，当混凝土中添加5%的碳纤维时，其抗压强度可以提高20%以上。

2.耐久性碳纤维的添加还可以提高混凝土的耐久性。

这是因为碳纤维可以防止混凝土表面龟裂和剥落，减少混凝土的渗透性和开裂。

同时，碳纤维还可以防止混凝土的腐蚀和氧化，延长混凝土的使用寿命。

3.韧性碳纤维的添加可以提高混凝土的韧性。

这是因为碳纤维具有高强度、高模量和高延展性的特点，可以增加混凝土的韧性和抗裂性。

研究表明，当混凝土中添加1%的碳纤维时，其韧性可以提高30%以上。

4.断裂性碳纤维的添加可以改善混凝土的断裂性。

这是因为碳纤维具有高强度、高模量和高延展性的特点，可以使混凝土在受力时产生塑性变形，从而减少混凝土的断裂。

三、碳纤维的添加方法1.机械搅拌法机械搅拌法是将混凝土和碳纤维通过搅拌机进行混合，使碳纤维均匀分散在混凝土中。

这种方法操作简单、易于控制，但需要使用特殊的搅拌机和较长的搅拌时间。

2.手工混合法手工混合法是将碳纤维均匀分散在混凝土中，然后通过手工搅拌使其混合均匀。

这种方法操作简单，但需要较高的技能和耐心，且混合效果难以保证。

3.喷雾混合法喷雾混合法是将碳纤维喷雾到混凝土表面，然后通过机械振动使其混合均匀。

这种方法操作简单、快捷，但需要使用特殊的喷雾设备和振动设备。

四、碳纤维在混凝土中的应用1.桥梁碳纤维可以用于桥梁的加固和修复。

在桥梁的加固和修复过程中，将碳纤维添加到混凝土中，可以提高桥梁的强度、耐久性和韧性。

2.隧道碳纤维可以用于隧道的加固和修复。

混凝土中添加碳纤维的效果及应用

混凝土中添加碳纤维的效果及应用

混凝土中添加碳纤维的效果及应用一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其优点包括强度高、耐久性好、施工方便等。

但是，混凝土也存在一些缺点，比如容易出现裂缝和变形等问题。

为了解决这些问题，人们开始尝试在混凝土中添加一些新的材料，其中碳纤维就是一种比较常见的添加剂。

本文将详细探讨混凝土中添加碳纤维的效果及应用。

二、碳纤维的基本知识碳纤维是一种由纯碳制成的纤维材料，具有轻质、高强度、高模量、高耐热等特点。

在混凝土中添加碳纤维可以改善混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能。

三、混凝土中添加碳纤维的效果1. 提高强度混凝土中添加碳纤维可以显著提高其强度。

一方面，碳纤维的强度很高，可以增加混凝土的韧性和抗拉强度；另一方面，碳纤维的表面积很大，可以增加混凝土的粘结能力，提高其抗剪强度。

2. 改善耐久性混凝土中添加碳纤维可以改善其耐久性。

由于碳纤维具有耐腐蚀、耐热、耐疲劳等特性，可以增加混凝土的抗冻融性、耐久性和耐久性。

3. 提高抗裂性能混凝土中添加碳纤维可以显著提高其抗裂性能。

由于碳纤维的伸长性很高，可以吸收混凝土的收缩应力，从而减少混凝土的裂缝数量和裂缝宽度。

4. 提高施工效率混凝土中添加碳纤维可以提高施工效率。

由于碳纤维可以增加混凝土的流动性，使得混凝土更易于施工和浇筑。

四、混凝土中添加碳纤维的应用1. 桥梁建设在桥梁建设中，混凝土中添加碳纤维可以增加桥梁的承载能力和耐久性，同时还可以减少桥梁的裂缝数量和裂缝宽度。

这对于桥梁的安全性和使用寿命都有很大的帮助。

2. 隧道建设在隧道建设中，混凝土中添加碳纤维可以增加隧道的抗震性能和耐久性，同时还可以减少隧道的裂缝数量和裂缝宽度。

这对于隧道的安全性和使用寿命都有很大的帮助。

3. 大型建筑在大型建筑中，混凝土中添加碳纤维可以提高建筑物的承载能力和耐久性，同时还可以减少建筑物的裂缝数量和裂缝宽度。

这对于建筑物的安全性和使用寿命都有很大的帮助。

4. 其他领域除了上述应用领域外，混凝土中添加碳纤维还可以在地下管线、水利工程、电力设施等领域得到应用。

混凝土中碳纤维的应用研究

混凝土中碳纤维的应用研究

混凝土中碳纤维的应用研究一、引言混凝土是建筑材料中最重要的一种材料，广泛应用于道路、桥梁、房屋及其他各种建筑物中。

然而，传统的混凝土存在一些缺陷，如强度低、易开裂等。

为了克服这些缺陷，研究人员开始将碳纤维添加到混凝土中，以提高混凝土的强度和耐久性。

本文将对混凝土中碳纤维的应用研究进行详细阐述。

二、混凝土中碳纤维的基本概念碳纤维是一种高强度、高模量、低密度的材料。

由于其良好的力学性能和化学稳定性，它被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。

在混凝土中添加碳纤维可以提高混凝土的强度和耐久性。

碳纤维的添加量一般为混凝土重量的1%~2%。

三、混凝土中碳纤维的作用机理1.增强混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度很低，是混凝土的一个重要缺陷。

添加碳纤维可以增强混凝土的抗拉强度。

碳纤维具有高强度和高模量，可以在混凝土中形成网状结构，使其抗拉强度得到提高。

2.控制混凝土的裂缝混凝土的裂缝是混凝土的另一个缺陷。

混凝土中添加碳纤维可以控制混凝土的裂缝。

碳纤维可以在混凝土中形成网状结构，增加混凝土的韧性，从而减少混凝土的裂缝。

3.提高混凝土的耐久性混凝土在使用过程中会受到各种外界因素的影响，如温度、湿度、氧化等。

添加碳纤维可以提高混凝土的耐久性。

碳纤维具有化学稳定性和耐腐蚀性，可以减少混凝土的氧化和腐蚀。

四、混凝土中碳纤维的应用研究1.碳纤维增强混凝土的研究碳纤维增强混凝土是一种新型的混凝土材料。

研究人员通过添加不同比例的碳纤维到混凝土中，研究了碳纤维对混凝土力学性能的影响。

实验结果表明，碳纤维的添加可以显著提高混凝土的抗拉强度和韧性。

2.碳纤维控制混凝土裂缝的研究混凝土的裂缝是混凝土的一个重要缺陷。

研究人员通过添加不同比例的碳纤维到混凝土中，研究了碳纤维对混凝土裂缝控制的影响。

实验结果表明，碳纤维的添加可以显著减少混凝土的裂缝数量和裂缝宽度。

3.碳纤维提高混凝土耐久性的研究混凝土的耐久性是混凝土的一个重要指标。

研究人员通过添加不同比例的碳纤维到混凝土中，研究了碳纤维对混凝土耐久性的影响。

混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能研究

混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能研究

混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能研究一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，但其在使用过程中存在一些问题，如易开裂、抗震性能差等。

为了解决这些问题，人们开始探索使用碳纤维增强材料来加强混凝土的性能。

本文就混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能进行研究。

二、碳纤维增强材料介绍碳纤维增强材料是由碳纤维和树脂等材料组成的复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点。

碳纤维增强材料的强度比钢高5-10倍，重量却只有钢的四分之一，因此在航空、航天、汽车、体育器材等领域得到了广泛应用。

三、混凝土中碳纤维增强材料的应用1、碳纤维布增强混凝土碳纤维布是将碳纤维编织而成的一种材料，可以用于增强混凝土的拉伸强度。

将碳纤维布覆盖在混凝土表面，再用树脂等材料进行固化，可以显著提高混凝土的抗拉强度。

2、碳纤维板增强混凝土碳纤维板是将碳纤维和树脂等材料组成的板状材料，可以用于增强混凝土的弯曲强度和剪切强度。

将碳纤维板粘贴在混凝土结构的受力部位，可以显著提高混凝土的承载能力。

3、碳纤维筋增强混凝土碳纤维筋是将碳纤维制成的钢筋状材料，可以用于增强混凝土的受力性能。

将碳纤维筋嵌入混凝土中，可以显著提高混凝土的抗拉强度和抗剪强度。

四、混凝土中碳纤维增强材料的性能研究1、强度碳纤维增强材料具有很高的强度，可以有效提高混凝土的强度。

研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的抗拉强度提高50%以上，抗压强度提高20%以上。

2、韧性混凝土在受力时易出现开裂现象，而碳纤维增强材料具有很好的韧性，可以有效抵抗混凝土的开裂。

研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的韧性提高2-3倍。

3、耐久性混凝土在长期使用过程中易受到环境的影响而导致破坏，而碳纤维增强材料具有很好的耐腐蚀性能，可以有效延长混凝土的使用寿命。

研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的耐久性提高2-3倍。

五、应用案例1、地震区混凝土结构加固地震是混凝土结构容易出现破坏的重要原因之一。

碳纤维混凝土智能桥梁控制方法的开题报告

碳纤维混凝土智能桥梁控制方法的开题报告

碳纤维混凝土智能桥梁控制方法的开题报告一、选题背景桥梁作为交通运输中重要的基础设施，承载着人们的出行和物资的流通。

然而，由于受到自然灾害、日常使用等多种因素的影响，桥梁易出现损伤、老化等安全隐患。

因此，保障桥梁的安全运行是城市化进程中的一个重大课题。

目前，传统桥梁的监测方法主要是通过人工巡视或定期检查来进行，此外一些带有传感器的智能监测方法也被引入。

然而传统的监测方法都存在一些局限性，比如人工巡视的效率低，不全面；定期检查不能及时发现桥梁的损伤等问题。

黑龙江省道路桥梁建设不断提高，碳纤维混凝土桥梁也成为黑龙江省建筑领域的一项重要技术。

碳纤维混凝土的强度、耐腐蚀性、抗震性能等远远高于传统钢筋混凝土，具有更好的安全性能。

因此，如何通过先进的控制技术来实现碳纤维混凝土桥梁的智能监管，提高道路桥梁的安全性能是非常重要的研究方向。

二、选题意义本研究拟探索碳纤维混凝土智能桥梁控制的方法，主要通过安装传感器，利用物联网技术来实现桥梁的实时监测。

该方法将大大提高桥梁的监测效率和灵活性，有利于及时发现桥梁的损伤，及时进行维修，从而提高桥梁的安全性能，减少事故的发生，为城市交通的安全运行提供保障。

三、研究方法和内容本研究拟采用实验和模拟相结合的方法，主要研究内容包括：1. 碳纤维混凝土桥梁的结构特性及性能分析。

2. 可用于碳纤维混凝土桥梁的传感器型号的筛选和评估。

3. 采用现代物联网技术，建立碳纤维混凝土桥梁智能监控系统平台，实现桥梁的实时监测和控制。

4. 分析并提出桥梁损伤评估方法，根据监控数据分析桥梁的使用历史信息，判断现状和未来发展趋势。

5. 在模拟实验平台上进行不同情况下的监控测试，并对测试结果进行数据分析和验证。

四、预期目标和成果通过本研究，将能够建立起适用于碳纤维混凝土桥梁的智能监测方法，提高道路桥梁的安全性能，保障城市交通的安全运行。

预期达到的目标和成果包括：1. 建立碳纤维混凝土桥梁智能监控系统平台，并验证其实时监测和控制性能。

有关碳纤维在桥梁加固中的应用探讨

有关碳纤维在桥梁加固中的应用探讨
．
，
。
、
，
维 在 桥 梁 加 固 中 的应 用 。 １ ％左 右 的 盐酸 溶 液 涂 于表 面 ， 置 １分钟 ， 压 力冷 水 冲 洗 ， 全 干 ５ 放 用 完 １碳 纤 维 加 固机 理 和 技 术 特 点 燥 后 即 可涂 胶 。 对于 表 面 不是 很 脏 很 旧的 构件 ， 可直 接 对 粘 合 面 打 １１ 碳 纤 维 加 固 的 机理 碳 纤 维 布 沿纤 维 方 向具 有 很 高 １ 强度 ， 磨 用压缩空气 除去粉尘后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面即可。③ 新混凝 ．
，
它 是一 种 正 交 异 性 材 料 ， 在单 向 加 固情 况 下 ， 常 沿 加 固混 凝 土 梁 体 土 粘合 面 的 处理 ， 先 用钢 丝刷 刷 去 表面 松 散浮 渣 ， 用硬 毛 刷沾 洗涤 通 应 再 的纵 向布 置 碳 纤 维 布 的主 拉 应 力 方 向 ， 这就 与 受 力钢 筋 方 向一 致 ， 碳 Ｉ Ｉ ／ ｌ 用稀 盐酸 涂刷 至表 面 起 泡 为止 ，０ ｎ 用 水 洗净 。 ＩＩ ￣ｉ ｉ ２ ｍｉ后 纤 维 布 粘 贴 在 梁 底 受 拉 区 ， 作 用 与 受 拉钢 筋作 用相 当 。 纤 维 布 和 其 碳 另 外 当碳 纤 维 布 要绕 过 构 件 转角 粘 贴 时 ， 对 转 角 进 行 倒 角 处 宜 ，；！ Ｄ 固构 件 通 过 粘 结 层 传 递 剪 应 力 和 粘 结 正 应 力 ， 以达 到 共 同 理 并 打 磨 出半 径 不 小 于 １ ｍｍ 的 圆弧 ，再 用 钢 丝 刷 打 掉 表 面 浮 渣 ； ￣Ｉｉ Ｉ Ｂ Ｏ 工作 的 目的 。 当构 件 表 面 有 较 多裂 缝 时 ， 先灌 注环 氧树 脂将 其 填 充修 补 。 宜 １ 碳 纤 维 加 固法 的优 点 ． ２ ２３ 涂 刷 底 胶 在 将 构 件 表 面 处理 洁 净 后 ， 为增 强构 件 和 碳 纤 维 ① 不增 加 恒 载 及 断 面 尺 寸 。 碳 纤 维 布 的质 量 轻 ， 设计 厚度 较 薄 ， 之 间 的粘 结 效 果 ， 在 构 件 表 面涂 刷 一 层 底胶 ， 置 底 １ １ 法 与 配 应 配 ２１方 对 整个 结 构 重 量 及 桥 下 净 空 的影 响 可 忽 略 不 计 。 并 且 可 根 据 要 求 将 置 粘 贴 胶 差 不 多 。 刷 子 或 辊 子 将 底胶 均 匀 涂抹 到构 件 表 面 ， 其 完 用 使 碳 纤维 布 在 一个 部 位 重 叠 粘 贴 ， 到 补 强 的 要 求 。 可 适 应 不 同构 件 全 渗 透 到 混 凝 土 中。 当气 温 较 低 时 ， 次涂 抹 的胶 不 宜 太 多 ， 为 此 达 ② 一 因 形状 ， 成型 方便。碳纤维布１ １ ￣性极强 ， １１ ｉ ｆ 可任意对桥梁 的斜 、 坡 时胶 的粘度有所增大 ， 弯、 涂抹太多可能造成胶 层薄厚 不均 。 如底胶硬化 及 异 型 结 构 进 行 补 强 ， 而 降 低 施 工 难 度 ， 短 施 工 工 期 ， 少 施 工 后 有 凸起 部 位 ， 用 砂 纸 或磨 光 机 打 平 并 清 洁 干 净 。 从 缩 减 应 成 本 ， 是 其 它 加 固 方法 无 法 比拟 的 。 施 工 简便 。 纤 维 布 加 固 方 这 ⑧ 碳 ２４ 进 一 步 修 补 粘 贴 面 通 常桥 梁 构 件 表 面 常 存 在 凹 陷、 洞 等 空 法 工 艺 简便 ， 需 大 型 设 备 、 板 及 支 撑 ， 工 时 所 需 工 作 面 小 ， 受 缺 陷 ， 且 仅 靠 打 磨 难 以完 全 消 除 表 面 的 凹 凸 不 平 ， 而 导 致 铺 贴 碳 无 模 施 不 并 从 空间限制 ， 操作 起 来 简 单 易 行 ， 当主 梁 内 部 的作 ｌ ￣ ｌ 到 限 制 时 ， 纤 维 布 时产 生气 泡 和 褶 皱 ， 低 其 加 固 效 果 。 一 般在 底胶 干燥 后 ， ， ＇ ｋ ｑ受 降 要 ￣ Ｉ｝ Ｉ 方 法是 最 佳 的选 择 。 采 用 碳 纤 维 加 固补 强 ， 需 钻 孔 及 开 在 打 磨 的基 础 上 使 用 粘 结 腻 子 等 材 料 来 修 补 构 件 表 面 。 按 规 定 的 比 ｏｔ １ ｂＯ１ ④ 无 凿， 不会 对 原 结 构 造 成 二 次 损 害 。 能 有 效地 封 闭 混凝 土 的 裂 缝 。 ⑤ ⑧ 例 取 用 整平 腻 子 的主 剂和 固化 剂 ， 于 拌胶 板 上 并 用 刮 刀 混和 均 匀 ， 置 碳 纤 维 布具 有优 良的 耐化 学 腐 蚀 性 ， 不 利 环 境 下 的 寿 命 也 较 长 。 在 ④ 控 制 每 次 混 和 的 总量 低 于 Ｏ５ ｇ，对 混和 后 放 置 时 间超 Ｂ Ｉ 的 材 ｋ １Ｅ ＇￣ － 不 影 响 结构 的 外 观 。 纤 维 布 粘 贴 固化 后 其 表 面 还 可 涂 刷 一 层 涂 料 ， 料 应 予 以废 弃 。要 重 点 注 意 混 凝 土 浇 筑 时 留下 的气 泡 空 洞 和 模 板 错 碳 总体 厚 度 薄 ， 因而 不 会 影 响 结 构 的 外 观 。 位 造 成 的高 １ １ 位 的修 补 ， １１ ￣ 当构 件 表 面 存 在 较 大 的 转 角 时 ， 当分 层 应 ２ 碳 纤 维在 桥 梁 加 固 中 １ Ｙ Ｔ Ｚ ￣ ９｛ 进行修补 ， 以免 材 料 用 量 较 多 而 出 现腻 子 的 流 淌 现 象 ， 待 到 上 一 层 要 ２１ 碳 纤 维 增 强 塑 料 片 材 的制 备 碳 纤 维 布 材 是 Ｅ许 多 彼 此 之 的腻 子 干燥 后 才刮 涂 下一 层 。 ． ｌ 间 无粘 结 的极 细 的单 丝纤 维 组 成 的 ， （ ２ Ｉ 的 应 力 分 布 不 均 匀 ， Ｗ Ｉ ａ ］ Ｇ 高 ２５ 粘 贴 碳 纤 维 增 强 塑 料 修 补好 构 件 表 面 并 干 燥 之后 ， 可 以 就

碳纤维材料在混凝土桥梁加固中的应用研究

碳纤维材料在混凝土桥梁加固中的应用研究

碳纤维材料在混凝土桥梁加固中的应用研究发布时间：2021-04-26T12:27:08.163Z 来源：《工程管理前沿》2021年3期作者：闫绍坤吴仕涛杨杨乾增珍[导读] 由于碳纤维材料展现出的优越的工程性能，碳纤维加固技术应用于混凝土桥梁施工顺理成章。

闫绍坤吴仕涛杨杨乾增珍中国地质大学（北京）北京市 100083摘要由于碳纤维材料展现出的优越的工程性能，碳纤维加固技术应用于混凝土桥梁施工顺理成章。

经过对该技术的优点和不足之处的分析，确认为当前混凝土桥梁加固的优选加固方法，并对其在国内使用的状况进行分析和前景展望，以期助于施工建设的发展。

关键词碳纤维加固技术；桥梁；混凝土；应用0．引言随着我国公共交通事业的不断发展，混凝土桥梁的应用日益广泛，发挥着交通事业中举足轻重的作用。

然而随时间推移，一些桥梁由于种种原因而不能满足如今交通运输的承载要求，因此需要对旧桥梁进行加固，对新桥梁进行预防。

碳纤维材料的优良性能对混凝土桥梁的加固和提升具有极大的现实意义。

1.碳纤维材料性能概况由碳纤维复合的结构材料的比强度、比模量等指标在现有结构材料中地位很高，并能够优秀地应用于对密度、刚度、重量、疲劳特性有严格要求的领域和高温、化学稳定性要求高的场合。

应用于混凝土桥梁建筑施工时，其拉伸强度较高，常用碳纤维片材，与普通的钢板材料相比优势很大；弹性模量极强，易根据需求选择模量上限的片材；重量很轻，应用于桥梁后期加固时，自重增加少，负担小；抗腐蚀性能好，碳纤维与复合材料中的化学成分能形成稳定的化学结构，能够良好地抗酸碱盐性物质的腐蚀，并能在恶劣天气下保持良好的性能发挥。

2.碳纤维加固技术应用目前碳纤维材料进行混凝土桥梁加固方式分为两种。

一种是使用预应力碳纤维板进行加固补强，另一种是使用碳纤维布粘贴加固。

预应力碳纤维板进行加固的原理在于使用夹具锚将板材的预应力经过锚栓和锚具底座传递到梁体，在梁体上产生反弯矩用于抵消梁上荷载产生的弯矩，从而达到抑制裂缝的发展和挠曲变形作用，进而对桥梁承载能力和桥梁结构的刚度产生提升效果，一定程度上可以收缩已经产生的微小裂缝。

浅谈碳纤维在桥梁加固中的应用

浅谈碳纤维在桥梁加固中的应用
技 术 两
与 市 场
甄 军
援 恭 研 凝
浅 谈 碳 纤 维在 桥 梁 加 固 中的应 用
陆庆荣
（ 西 壮 族 自治 区公 路 管 理 局 ， 西 南 宁 ５ ０ ２ ） 广 广 ３０８
摘 要 ： 着我 ｔ 经 济社 会 的 不 断发 展 ， 民 生 活水 平 的 不 断提 高 ， 交通 的 需要 越 来越 强 烈 ， 梁作 为跨 河 、 海 、 沟 随 ａ ｌ 人 对 桥 跨 跨
维 片 补 强 试 件 在 一 定 温 度 的 盐 水 中浸 泡很 长 时 间 ， 然 不 会 降 仍
碳纤维凭借优越的力学性能 ， 应用在各种各样 形式 的结构
补强中 ， 比如抗弯、 抗剪 、 抗压 、 抗震 、 抗风 、 抗疲劳 、 对挠度 和裂 缝的扩展也有很好 的控制作用等 。 因此 ， 在各种形式的桥梁 、 楼
工简单迅 速 、 久性好等特点 ， 耐 在抗震 加 固和震 害预防等过程
中发挥着很大 的作用 。虽然 ， 国对碳纤维加 固修复混凝土结 我
构 的研 究 进 行 得 比较 晚 ， 是 ， 用 得 比较 早 ， 且 相 关 部 门制 但 应 并 定 了有 关 碳 纤 维 加 固的 技 术 规 程 。
３４ 材 料 质 轻 高 强 ．
纪内几乎不发生任何变化 ，而且抗拉强度不会 发生任何损失 。 这是在经过 自然暴露试验和加速暴露试验 ， 然后用红外线光谱 仪对试验后 的试件 的性能进行评估后得到的。
按 照 原 料 和 生 产 方 式 的 不 同 ， 纤 维 主 要 可 以分 为 沥 青 基 碳 碳 纤 维 和 聚丙 烯 腈 碳 纤 维 。 青 基 碳纤 维是 在石 油 沥 青 抽 丝 后 沥
应 力 由于 碳纤 维 片分 担 了一 定 量 的荷 载 而 大 大 降低 了 ， 就 对 这 混 凝 土 结 构 进 行 了很 好 的加 固 。碳 纤 维 片 有 很 高 的抗 拉 强 度 ， 其 强 度 是 钢材 的 筋 ， 弹 接 延

碳纤维材料在桥梁加固中的应用探讨

碳纤维材料在桥梁加固中的应用探讨

碳纤维材料在桥梁加固中的应用探讨1.碳纤维加固技术在桥梁加固中的地位碳纤维复合材料加固修复混凝土结构技术是近年来在发达国家兴起的应用于加固的新技术，这种技术是将高性能高弹性模量的碳纤维应用于土木工程，从而达到对混凝土构件修复、补强和加固的目的。

随着行车密度和车辆荷载的增加，许多在役桥梁出现了不同程度的损坏，影响了桥梁的安全，而桥梁的建造费用十分昂贵，将这些桥梁拆除重建是不现实的，因此有必要选用一种适合于桥梁的修复加固技术。

2.碳纤维加固机理和特点2.1碳纤维加固机理碳纤维布沿纤维方向具有很高的强度，它是一种正交异性材料。

在单向加固情况下，通常沿加固混凝土梁体的纵向来布置碳纤维布的主拉应力方向，与主钢筋的受力方向一致，碳纤维布粘贴在梁体受拉区，作用与受力钢筋一样，碳纤维和被加固的混凝土构件通过粘结层传递剪应力和粘结正应力。

碳纤维片材的纤维方向与受力方向相同时，其强度最高；纤维方向与受力方向垂直时，其强度最低。

用环氧树脂将碳纤维片材粘贴于混凝土表面，待环氧树脂固化后，构件和树脂固化后的碳纤维形成新的受力复合体。

当有外力时，碳纤维片材和钢筋一起承受，由于碳纤维片材分担了一部分应力，从而大大降低了主钢筋的应力。

由于碳纤维具有高抗拉强度、高弹性模量和与钢筋接近的伸长率，使得钢筋和碳纤维能够更好的协同工作。

2.2碳纤维加固的优点2.2.1化学及物理性能稳定碳纤维具有良好的防水能力，同时也具有很好的抗酸、碱及紫外线的能力，因此碳纤维适合在恶劣的环境中工作，在桥梁加固中，可有效延长桥梁结构的使用寿命。

2.2.2力学性能优越碳纤维片材主要用于混凝土桥梁构件和节点的加固补强，能够明显提高构件的抗弯、抗剪和轴向承压能力。

而且碳纤维还具有抗震、抗风、抗疲劳的性能，在挠度和裂缝控制方面，它也能起到一定的作用。

因此它被广泛地应用于桥梁和房屋的加固工程中。

2.2.3施工工序简单碳纤维片材可适应不同的构件形状，成型方便，从而降低了施工难度，缩短了施工工期。

混凝土梁桥中碳纤维增强材料的应用

混凝土梁桥中碳纤维增强材料的应用

混凝土梁桥中碳纤维增强材料的应用混凝土梁桥是一种常见的桥梁类型，它的主要构件是梁，梁的质量和强度直接关系到桥梁的安全和使用寿命。

在梁的设计和施工中，一种新型的材料——碳纤维增强材料被广泛应用，它可以提高梁的强度和耐久性，延长桥梁的使用寿命，本文将详细介绍碳纤维增强材料在混凝土梁桥中的应用。

一、碳纤维增强材料的概述碳纤维增强材料是一种新型的复合材料，它是由碳纤维和树脂等材料组成的。

碳纤维具有轻质高强、高模量、耐热、耐腐蚀等优良性能，可以增加混凝土梁桥的强度和耐久性。

同时，碳纤维增强材料的施工简便，能够大幅度缩短梁的施工周期，减少施工成本。

二、碳纤维增强材料在混凝土梁桥中的应用1.梁的加固在混凝土梁桥的使用过程中，由于荷载的作用和外部环境的影响，梁的强度和稳定性可能会下降，这时可以采用碳纤维增强材料对梁进行加固。

具体的做法是在梁的表面涂覆一层碳纤维增强材料，通过与梁的混凝土形成粘结来增加梁的承载能力。

2.梁的替代在新建混凝土梁桥时，可以采用碳纤维增强材料代替传统的钢筋混凝土梁。

这样不仅可以减轻梁的重量，减少桥梁破坏的风险，还可以延长桥梁的使用寿命。

同时，碳纤维增强材料的生产和施工成本较低，可以降低桥梁的建设成本。

3.梁的局部修补在混凝土梁桥的使用过程中，梁的局部损坏是常见的问题，这时可以采用碳纤维增强材料进行修补。

具体的做法是在损坏的部位涂覆一层碳纤维增强材料，通过与梁的混凝土形成粘结来修补梁的损坏部位。

三、碳纤维增强材料在混凝土梁桥中的优势1.提高强度和耐久性碳纤维增强材料具有轻质高强、高模量、耐热、耐腐蚀等优良性能，可以有效提高混凝土梁桥的强度和耐久性，延长桥梁的使用寿命。

2.施工简便碳纤维增强材料的施工过程简便，只需要将其涂覆在梁的表面即可，不需要进行复杂的加工和安装。

3.缩短施工周期采用碳纤维增强材料进行梁的加固和修补，可以大幅度缩短梁的施工周期，减少施工成本。

4.降低建设成本碳纤维增强材料的生产和施工成本较低，可以降低混凝土梁桥的建设成本。

混凝土中添加碳纤维的应用效果

混凝土中添加碳纤维的应用效果

混凝土中添加碳纤维的应用效果一、引言混凝土是建筑工程中常用的一种材料，具有耐久性、可塑性、抗压性等优点。

但是，随着建筑工程的发展，对混凝土的要求越来越高，例如抗裂性、抗震性等。

因此，近年来，人们对混凝土的改良和加强研究越来越深入。

其中，添加碳纤维是一种有效的方法，可以提高混凝土的强度和抗裂性。

本文将详细探讨混凝土中添加碳纤维的应用效果。

二、碳纤维碳纤维是一种高性能复合材料，由碳纤维和树脂等材料组成。

它具有耐高温、耐腐蚀、高强度、低密度等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。

在混凝土中添加碳纤维可以增强混凝土的抗拉强度、抗裂性和耐久性。

三、混凝土中添加碳纤维的应用效果1. 提高混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度很低，一旦受到外力作用，就容易发生裂纹。

添加碳纤维可以增加混凝土的抗拉强度，从而减少混凝土的裂纹。

研究表明，当混凝土中添加0.5%的碳纤维时，混凝土的抗拉强度可以提高25%左右。

2. 提高混凝土的抗裂性混凝土中添加碳纤维可以减少混凝土的裂缝和裂纹，提高混凝土的抗裂性。

碳纤维具有良好的延展性和韧性，可以吸收混凝土的应变能，从而减少混凝土的裂缝和裂纹。

3. 提高混凝土的耐久性混凝土中添加碳纤维可以提高混凝土的耐久性。

碳纤维具有耐腐蚀、耐高温的特性，可以减少混凝土的老化和腐蚀，延长混凝土的使用寿命。

4. 提高混凝土的抗震性混凝土中添加碳纤维可以提高混凝土的抗震性。

碳纤维具有良好的柔性和韧性，可以吸收地震时混凝土的应变能，从而减少混凝土的破坏。

5. 提高混凝土的施工效率混凝土中添加碳纤维可以提高混凝土的施工效率。

碳纤维可以增加混凝土的流动性和可塑性，使混凝土更容易施工。

四、混凝土中添加碳纤维的应用范围混凝土中添加碳纤维的应用范围非常广泛，例如：1. 城市建设在城市建设中，混凝土是常用的材料。

添加碳纤维可以提高混凝土的抗裂性和耐久性，从而减少城市建筑物的维修和更换成本。

2. 桥梁建设在桥梁建设中，混凝土是承受荷载的重要材料。

碳纤维材料在桥梁加固应用技术研究

碳纤维材料在桥梁加固应用技术研究

第11卷第9期中国水运V ol.11N o.92011年9月Chi na W at er Trans port Sept em ber 2011收稿日期：6作者简介：左德中，湖北通顺高速公路有限公司。

碳纤维材料在桥梁加固应用技术研究左德中（湖北通顺高速公路有限公司，湖北黄冈438400）摘要：近年来，现有桥梁的加固维修和改造已经成为我国公路和道路管理部门的重要任务，已经有几种比较成熟的加固技术运用于桥梁加固。

但这些加固技术对梁体结构或多或少都存在破坏作用。

采用碳纤维加固补强，对原结构不产生新的损伤，能有效地封闭混凝土的裂缝等优点，在土木工程加固中受到越来多的重视。

碳纤维材料可以粘贴在混凝土梁的顶板、底版上，用于提高梁的刚度；也可以粘贴在混凝土梁的腹板上，用于提高梁的抗剪强度。

碳纤维材料不仅能够用于桥梁上部结构的加固，也可用于桥梁下部结构——墩台的加固，即在桥墩外面缠绕纤维，使桥墩的强度及受力状态得到明显改善，从而提高桥墩的承载能力。

关键词：碳纤维；桥梁加固；抗弯性能中图分类号：U 445文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）09-0215-03一、引言改革开放以来的30多年，随着国民经济的快速发展，交通量大幅度增长，我国的公路建设事业蓬勃发展，公路的通行能力和服务水平进一步得到改善和提高。

据交通部统计数据显示，到2010年底，我国公路通车总里程突破398万k m ，而高速公路突破7.4万km 。

我国在20世纪60~70年代修建的桥梁，设计荷载标准较低，大部分桥梁还在服役，在行车密度及车辆载重越来越大的今天，尤其是推行挂拖运输和集装箱运输以后，现有相当一部分桥梁满足不了使用要求，加强对现有桥梁破损情况进行调查、分析和研究，采用相应的加固、维修，对我国公路运输的发展具有重大意义。

二、桥梁加固方法比较桥梁中常见的加固方法有增大混凝土桥梁截面、粘帖钢板加固法、体外施加预应力发、改变结构体系加固法和碳纤维加固法等。

在桥梁加固工程中碳纤维材料的应用

在桥梁加固工程中碳纤维材料的应用

在桥梁加固工程中碳纤维材料的应用摘要：本文通过分析碳纤维材料的基本特性，针对碳纤维材料在桥梁加固中的工艺流程及施工要求进行探讨，并提出施工过程中应注意预防的几点质量缺陷。

关键字：碳纤维；桥梁加固；施工；质量一、碳纤维材料的基本特性碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。

将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。

1、碳纤维片材片材碳纤维材料的拉伸强度在(2400～3400)MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比，片材的拉伸强度很高。

片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。

高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。

相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。

碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。

2、配套树脂类粘结材料混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技术而言，环氧树脂在不同施工环境温度下固化性能有十分重要的意义，因为这涉及到粘贴工作质量与如何尽量减少桥上正常交通中断时间紧密相关。

采用专配的环氧树脂材料，在混凝土施工表面温度(10～40)摄氏度时，粘贴环氧树脂固化时间约15小时以上，但粘贴后就可以使用的时间为45分钟以上，专配的环氧树脂材料的这一性能是完全适合混凝土桥梁的加固工作。

二、碳纤维材料在桥梁加固中的工艺流程及施工要点根据碳纤维的设计及加固原则，为了使碳纤维粘贴效果达到预期目标，碳纤维在进行粘贴时，一般按以下工艺流程进行施工：卸荷→基面处理→涂刷底胶(FP 胶)→修补粘贴面→粘贴碳纤维(CFRP)→表面处理与防护。

混凝土中碳纤维增强技术及应用研究

混凝土中碳纤维增强技术及应用研究

混凝土中碳纤维增强技术及应用研究一、引言混凝土是建筑工程中最常用的建筑材料之一，其强度、耐久性以及抗压性能等是评估混凝土质量的关键指标。

然而，随着建筑工程的不断发展，对混凝土性能的要求也越来越高，传统的混凝土无法完全满足这些要求。

因此，人们开始探索新的混凝土增强技术，其中碳纤维增强技术是一种非常有效的方法。

二、碳纤维增强技术的原理碳纤维增强技术是一种在混凝土中添加碳纤维的方法，可以增强混凝土的强度、耐久性和抗压性能等。

碳纤维是一种非常轻、坚硬、耐腐蚀的材料，其强度可以与钢相媲美，但是比钢更轻。

因此，添加适量的碳纤维可以有效地增强混凝土的性能。

碳纤维增强技术的原理是在混凝土中添加一定比例的碳纤维，然后在混凝土中形成一种三维网状结构。

这种结构可以有效地增强混凝土的强度和耐久性，使得混凝土在承受压力时更加坚固和稳定。

三、碳纤维增强技术的应用1. 桥梁建设桥梁是建筑工程中最需要强度和耐久性的结构之一。

因此，碳纤维增强技术在桥梁建设中得到了广泛的应用。

在混凝土桥梁的建设中，添加适量的碳纤维可以有效地增强桥梁的强度和耐久性，使得桥梁在承受交通载荷时更加稳定和安全。

2. 隧道建设隧道是建筑工程中一种特殊的结构，需要具备很高的强度和耐久性。

因此，碳纤维增强技术在隧道建设中也得到了广泛的应用。

在混凝土隧道的建设中，添加适量的碳纤维可以增强隧道的强度和耐久性，防止隧道在地震等自然灾害中受损。

3. 建筑物修缮随着建筑物使用时间的增加，建筑物的结构会逐渐变得脆弱。

因此，在建筑物修缮过程中，添加适量的碳纤维可以增强建筑物的强度和耐久性，防止建筑物在自然灾害或其他事故中受损。

4. 飞机场跑道建设飞机场是建筑工程中需要强度和耐久性的结构之一。

因此，碳纤维增强技术在飞机场跑道建设中也得到了广泛的应用。

在混凝土飞机场跑道的建设中，添加适量的碳纤维可以增强跑道的强度和耐久性，使得飞机在起降时更加安全和稳定。

四、碳纤维增强技术的优势1. 增强混凝土的强度和耐久性添加适量的碳纤维可以增强混凝土的强度和耐久性，使得混凝土在承受压力时更加坚固和稳定。

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碳纤维混凝土智能材料在桥梁中的应用初探摘要：将碳纤维作为智能材料应用于桥梁结构中，应用碳纤维混凝土的电—热效应、电—力效应，提高桥梁的承载能力和变形能力，开拓碳纤维混凝土应用领域，并为桥梁结构控制和桥梁智能化提出新的研究方法，而且为新型桥梁开发和旧桥加固拓展一条新路。

关键词：碳纤维混凝土；桥梁智能化；提高承载力Abstract: the intelligent material used in carbon fiber as the bridge structure, the application of carbon fiber concrete electric heating, electricity-force-effect, to improve the bearing capacity of the bridge and deformation capacity, open up the carbon fiber concrete application field, and for the bridge structure control and puts forward a new method of intelligent bridge, and for the new bridge development and strengthening old bridge is expanding a new road.Keywords: carbon fiber concrete; Intelligent bridge; Improve the bearing capacity中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：1.引言近年来国内外的桥梁研究者们都在努力探索新的具有自诊断和自修复的智能桥梁结构。

健康监测系统等一系列的桥梁结构智能控制系统已成为近年研究的焦点，并已经取得了一些成就，光纤光栅传感技术以及一些引入复合材料后具有机敏性的智能混凝土的应用与研究，为人类桥梁史的发展开辟了新的途径。

智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分,使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。

根据这些特性，可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。

正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应、自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还有一定困难。

但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现，为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。

本研究以国家自然科学基金项目为资助，以318国道湖北荆州一座急待改建小桥为依托工程，初步探讨碳纤维混凝土智能材料在桥梁结构中的应用，取得了很好的应用效果。

2.实桥改造试验方案观音垱桥是318国道上的一座小桥，该桥为(1×6.80)米钢筋混凝土板桥，桥面总宽为14.10米，两边各有0.30米宽钢筋混凝土路缘石，净宽为13.50米。

设计荷载为：公路Ⅱ级；公路等级：二级公路。

由于该桥处于国道上，日交通量大，重载车日益增多，且使用已久，出现了桥面龟裂，主板出现大量裂缝，伸缩缝坏死，支撑梁损坏等病害。

故对桥作如下改造、加固措施。

2.1 三片钢桁架。

钢桁架用钢δ22，Q235；焊条，E43型；焊缝厚6mm。

各桁架布置标高一致；在桁架入台耳处的桥台内预埋300×300×10mm钢板，下焊4根φ8长100mm钢筋，桁架与预埋钢板焊接。

2.2 三个碳纤维混凝土短柱。

短柱：C30混凝土，内掺含体积率1%的短切碳纤维。

短柱上下有两电极，并将电线接上并外引至南侧桥边，电源为110V，短柱两侧粘好测温度的线，并外引至南侧桥边；短柱4侧打磨干净，再涂两遍酚醛树脂；在短柱顶面上现灌托梁。

2.3 一个托梁。

托梁：C30混凝土，8Φ16。

托梁构造如下：（1）N3为托架往下凸出部分内的钢筋，每处4Φ16，与N1 ，N2绑扎，并于往下凸出部分50cm，内布4φ8@150箍筋。

（2）托梁分两次浇灌，南侧托梁与梁板间预留2 cm间隙，北侧托梁与梁板间预留1cm间隙，第一次浇筑路左幅（南侧）705cm部分；待右边公路行车后再灌右幅（北侧）705cm 部分。

2.4 更换梁板及桥面铺装。

装应变片的空心板共5块，布置在3个上和桁架之间，其中桁架上的板装4块应变片，另2块装2块应变片。

在安装处先将钢筋打磨光滑，让应变片完全接触钢筋，涂上环氧树脂，贴上应变片，绑上粘胶，然后用纱布一层层裹实，每裹一层涂上一层环氧树脂；每块板的应变线做上记号，并外引至南侧桥边。

3.碳纤维混凝土桥梁智能化方案与试验3.1 研究了组合结构体系用桁架与梁组合，使梁跨中弯矩减少40﹪。

3.2 提出了三种智能材料在桥梁结构中的应用方案（1）梁中CFRP混凝土层桥梁结构图1-1短切碳纤维混凝土梁图1-1所示结构在梁的下缘作成CFRP混凝土簿层如2cm，通过电极通电，CFRP混凝土层发热升温，从而梁上下缘产生温差，超静定梁就产生负弯矩和上拱，这样，梁弯矩和挠度分别下降54﹪和96﹪，但是耗电较大。

（2）桁架梁智能结构如图1-2所示结构的桁架与梁不直接接触，在桥宽方向布置多片桁架，在各竖杆底端用联系杆将桁架横向联系起来，用托梁（可用钢筋混凝土构件）将各片梁（板）横向托起，CFRP混凝土短柱紧挨桁架竖杆，置于联系杆和托梁之间。

短柱通电升温就伸长，这就可智能化地向梁提供向上的力，从而减少梁的弯矩和桡度，效果分别达到73﹪和64﹪。

图1-2. 桁架梁智能结构图1-3. 斜撑梁智能结构（3）斜撑梁智能结构如图1-3所示结果，斜撑支在桥台（墩）上，CFRP混凝土短柱置于梁和斜撑之间并紧密接触；CFRP混凝土短柱通电后，短柱伸长给梁顶力，所以梁的弯矩和桡度减少，效果都可超过90﹪甚至达到100﹪。

智能材料在桥梁中控制效果：CFRP层砼桥，弯矩下降54%，挠度下降96%；桁架梁智能桥，弯矩下降73%，挠度下降64%；斜撑梁智能桥，弯矩下降90%以上，挠度下降90%以上。

由此可见优良排序：斜撑梁智能桥、桁架梁智能桥、CFRP混凝土层桥3.3 CFRP混凝土材料特性试验通过试验获得CFRP混凝土材料特性，主要为电—热效应、导电性能、时间温度关系、时间变形关系；我们做了7个200×200×300mm（1#~7#）和3个200×200×500mm（8#~10#）的短柱，碳纤维体积率为1%，试验电压为110v。

（1）1#~7#试件的平均电阻率为41.2Ω，8#~10#试件的平均电阻率为31.7Ω；而试件150×150×200mm（无纤维）的电阻率为3.5×106Ω。

可见此类碳纤维短柱具有较强的导电性能（其电阻比普通混凝土柱少了五个数量级）；（2）短柱通电时温度T（°C）随时间t（min）呈直线变化，T=0.62t+21；（3）变形Δ（mm）与时间t（min）的关系：Δ= 0.0018t这说明短柱伸长变形。

4.碳纤维混凝土桥梁智能化理论研究由碳纤维混凝土桥梁智能化方案与试验可见，对于图1-2和图1-3所示的智能结构，考察梁的承载力和挠度限值，则：1），则碳纤维混凝土短柱要求：（1-1）式（1-1）中，为简支梁挠度，和分别为短柱的线膨胀系数和上升温度。

（1-2）式（1-2）中，对图1-2，；对图1-3，；、、分别为梁的刚度、短柱刚度、桁架（或斜撑）刚度；为跨度。

2）承载力控制，则短柱要求（1-3）式（1-3）中，为简支梁跨中弯矩。

由式（1-1）、式（1-3）可见：a、当简支梁挠度很大时，很有必要采用短切碳纤维短柱，即在超重车作用下，此短柱作用有效；b、当简支梁跨中弯矩很大时，很有必要采用短柱，即在超重车作用下，此短柱作用有效。

以上研究的均属小跨桥梁，现研究中跨桥梁，如图1-4所示图1-4 桁架梁智能结构梁参数：、、；短柱：C30，，，；桁架：全为[22，，，角；荷载：自重均布荷载：；车道荷载：均布荷载和集中荷载；桁架处桥横向分布系数为。

则短柱和桁架对梁支撑的弹簧常数为：，（1-4）则跨中弯矩影响线为图1-5所示。

图1-5 跨中弯矩影响线图1-5中，，，，；不考虑短柱智能温度时，跨中弯矩为：（1-5）式中：；；；考虑短柱智能升温作用时，跨中弯矩增量：（1-6）以上研究建立在基础之上；当时，式（1-5）中取的值。

而挠度如式（1-7）所示。

（1-7）由上式（1-6）、（1-7）可见：a、短柱不升温（即）时，组合结构使原简支梁弯矩和挠度减小；b、短柱升温时（），智能结构使原简支梁弯矩和挠度大幅减小。

5.智能桥梁结构荷载试验对比研究室内桥梁试验见图1-6。

通过外观检查、荷载试验，测试结构各关键部位的应力、挠度，主要得到以下结论：1)、在碳纤维短柱升温的情况下，各测点的挠度和变形都明显减小，减小了75%--86%；2)、将实测结果与理论计算值进行比较，得到结构校验系数，跨中应力的最大校验系数为0.933小于1，满足规范要求。

主要测点挠度实测值均小于理论计算值,说明结构设计具有一定安全储备，满足设计荷载的能力；3)、在卸下短柱后荷载达到42KN时试件开始出现裂缝，距达到最大荷载还留有21%的空间。

图1-6 均布荷载加载图6.结论短切碳纤维混凝土通过318国道湖北荆州观音垱小桥维修改造应用，采用理论研究与实际桥梁加固研究和试验相结合的方法，初步探明碳纤维混凝土具有很好的智能材料作用，通过室内试验获得CFRP混凝土材料良好的电—热效应、导电性能，以及时间温度关系和时间变形关系。

实桥试验表明：在碳纤维短柱升温的情况下，各测点的挠度和变形都明显降低，减小了75%--86%；跨中应力满足规范要求。

主要测点挠度实测值均小于理论计算值,说明结构设计具有一定安全储备，满足设计荷载的能力，达到了预期的效果。

为新型桥梁开发和旧桥加固工程提供了借鉴，为碳纤维混凝土智能桥梁结构的开发取得了取得了初步研究与试验方法和成功的实践。

本研究表明碳纤维混凝土的高力学性能及优良的机敏性在智能土木结构中的发展前景，它良好的导电和导热性能使之成为智能混凝土的最佳复合材料之一。

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