碳纖維技術在工程加固中的應用

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1、碳纖維技術在工程加固中的應用章途山(溫州市溫大建筑設計有限公司,溫州325000)摘要:用CFRP材料加固混凝土結構中的應用,提高構件承載力,施工工藝簡單及其優(yōu)越性。介紹碳纖維加固的優(yōu)點,設計方法,實際加固應用。關鍵詞:碳纖維布;設計方法;施工工藝中圖分類號:TU74文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)09-0121-011碳纖維加固結構構件技術原理外貼纖維增強復合材料加固混凝土技術是通過在混凝土結構外部粘貼纖維增強復合材料片材,通過二者協(xié)同受力,達到加固目的。碳纖維材料具有高強度、高彈性摸量、重量輕及耐腐蝕性好等特點,其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右,彈性模量略高于普通鋼筋

2、的彈性模量。加固修復混凝土結構所有碳纖維材料主要為兩種:碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍,而彈性模量與鋼材相當,某些(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上,且施工性能與耐久性良好,是一種很好的加固修復材料;配套樹脂則伍括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂,前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量,而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體,并且共同工作,提高結構構件的抗彎、抗剪承載力,達到對結構構件進行加固、補強的目的。2受彎構件正截面加固設計計算2.1基木假定碳纖維材料加固后混凝土梁的極限承載力計算采用如下基木假定:①受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計;②梁

3、受彎后,混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合截面假定;③碳纖維材料釆用線彈性應力一應變關系:δcf=EcfXεcf,且ε<0.01。④當考慮二次受力影響時,應按構件加固前的初始受力情況,確定纖維復合材料的滯后應變;⑤由于外貼的碳纖維布很薄,近似認為CFRP布中心離梁頂?shù)木嚯x與梁高相等;⑥在到達抗彎承載力極限狀態(tài)前,加固材料與混凝土之間不致出現(xiàn)黏結剝落破壞。2.2加固設計方法在矩形截面受彎構件的受拉邊混凝土表面上粘貼纖維復合材料進行加固吋,其正截面承載力應符合下列規(guī)定,即當X≥2a’時M≤alfcobx(h-X/2)+f'yoA*so(h-

4、a1)-fyoAso(h-ho)alfco=fyoAso+d)fffAfe-fyoAsod)f={(0.8εCUh/x)-εCU-εfo}/εf3碳纖維材料的加固工程某汽車配件廠建于2001年,五層桐架結構,廠房跨度7m,由于生產(chǎn)需要,將原來的五層增加至六層,經(jīng)過結構檢測和計算,局部原來的框架梁承載力達不到新增的使用要求,故局部框架梁須做加固設計。計算書:根據(jù)PKPM結構計算軟件計算浙江月華汽配冇限公司生產(chǎn)車間部分梁缺筋,缺筋量130?359mm2。正彎矩缺筋量最大為222mm2,負彎矩缺筋量最大為359mm2o梁粘碳布加固:M

5、≤alfcbx(h-x/2)+f

6、yA

7、s(h-a

8、)-fyAs(h-ho)alfcbx=fyAs+ψfffAse-f

9、yA

10、sψf=((0.8εcuh/x)-εcu-εfo)/εfx≥2a

11、由上式中可知缺筋量As等于ψfffAse/fy。設粘碳纖維布同梁寬250mm按一層計算,碳纖維布計算厚度為0.167mm,抗拉強度為2000MPa。即As=ψfffAse/fy=0.85*2000*250*0.167*1/300=236.6mm2同理按二層計算As=ψfffAse/fy=0

12、.85*2000*250*0.167*2/300=473.2mm2從以上二種計算結果得:梁正彎矩缺筋量在236.6mm2內(nèi)粘一層碳纖維布,大于236.6mm2而小于473.2mm2粘二層碳纖維布,滿足加固要求。4碳纖維材料的加固施工工藝施工工藝:卸荷→基底處理→涂底膠→找平→粘貼→保護。4.1卸荷加固前應對所加固的構件盡可能卸荷。4.2基底處理①混凝上表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應予以鑿除,對于較人面積的劣質層在鑿除后應用環(huán)氧砂漿進行修復。②裂縫部位應首先進行封閉處理。③用混凝上角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、汕污等

13、雜質,構件基面的混凝土要打磨平整,尤蘇是表面的凸起部位要磨平,轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R≥20mm)o④用吹風機將混凝土表面清理干凈,并保持干燥。4.3涂底膠(FP膠)①按主劑:固化劑=2:1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中,用彈簧秤計量,電動攪拌器均勻攪拌,根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用吋間。一般情況下lh內(nèi)用完。②用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面,待膠固化后(固化吋間視現(xiàn)

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