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1、-碳纖維復合材料(CFRP)加固技術在實際工程中的應用摘要:碳纖維具有強度高、自重輕、施工方便、快捷、應用廣泛等優(yōu)良性能,因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構件以提高承載力及延長壽命是目前比較流行的方法,在建筑業(yè)中有著廣泛的發(fā)展前景。本文以一個石化行業(yè)的鋼筋混凝土框架改造工程應用為例介紹了碳纖維復合材料在因功能改變引起荷載變化的結(jié)構構件加固中的計算方法和施工工藝。關鍵詞:碳纖維復合材料混凝土結(jié)構加固技術?一、概述碳纖維復合材料(CarbonFiberPeinforcePlastic)加固技術是利用樹脂類粘接劑(建
2、筑結(jié)構膠)將碳纖維粘貼到結(jié)構或構件的表面,形成復合材料體,通過碳纖維與構件的協(xié)同工作,來提高結(jié)構或構件的承載力和延性的一種加固技術方法。采用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點:1、抗拉強度高,是普通鋼材的10倍,并具有比鋼材更好的抗疲勞性能;2、加固后能大大提高結(jié)構的耐腐蝕性及耐久性;3、自重輕(約200g/m2),密度只有普通鋼材的1/4;基本不增加結(jié)構自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪,適用范圍廣,適合任何形狀;4、施工簡便(不需大型施工機構及周轉(zhuǎn)材料),沒有濕作業(yè),易于操作,經(jīng)濟性好;5、適用范圍廣,施工工期短
3、。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結(jié)構加固修補的研究始于80年代美、日等發(fā)達國家,我國起步很晚,近年來發(fā)展十分迅速,在航空、航天、汽車、環(huán)境工程、化工、能源、交通、建筑、電子、運動器材等眾多領域得到了廣泛的應用。國家也于2003年編制了《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構技術規(guī)程》(CECS146:2003)。本文結(jié)合具體的石化行業(yè)一鋼筋混凝土構架加固工程,介紹了碳纖維加固技術實例。二、結(jié)構概況和加固設計1、工程概況本工程中需加固的構架為齊魯石化公司催化劑廠漿液貯存鋼筋混凝土框架,結(jié)構為一層平臺,平臺高5.200米,跨
4、度7.3米,五榀框架,框架總長22.25米,平面尺寸見下圖所示。平臺上放置四臺漿液貯存罐,正常工作狀態(tài)下,每個罐體總重850kN,無振動,現(xiàn)要在平臺上再增加兩臺各重85kN的剝片機。原有構架設計及施工結(jié)束于2001年,由于新的混凝土規(guī)范、荷載規(guī)范及抗震規(guī)范實施于2002年,新舊規(guī)范的差異及新上設備荷載的增加,造成原有構架明顯不能滿足使用要求,多處梁的配筋量低于現(xiàn)行抗震設計標準約25%~35%,由于工期緊,配筋差異較大,.---經(jīng)過方案論證和經(jīng)濟技術可行性比較,決定采用碳纖維復合材料進行加固,以盡快加固完畢,安
5、裝設備,早日投產(chǎn)運行。加固設計時將碳纖維復合材料按強度換算成鋼筋量,按照與鋼筋混凝土構件抗彎計算同樣的方法進行設計。采用極限狀態(tài)法進行承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計算。2、材料特性⑴本工程使用德國進口的碳纖維布(C200),其主要性能指標見表1:表1:碳纖維布主要性能指標型號單位面積質(zhì)量(g/cm-2)抗拉強度fcf(Mpa)彈性模量Ecf(Mpa)備注UDO20020049002.3×105⑵粘貼用樹脂采用國產(chǎn)JGN型建筑結(jié)構膠,其主要性能指標見表2:表2:配套膠主要性能指標種類拉伸強度MPa壓縮強度
6、MPa剪切強度Mpa適用溫度℃可使用時間min基底樹脂(JGN-E)---0~3815~30修補樹脂(LGN-F)>28>50>180~38>40粘結(jié)樹脂(JGN-D)>28>50>180~38>603、加固設計.---3.1基本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本假定:受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計;梁受彎后,混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定;(3)碳纖維材料采用線彈性應力-應變關系:σcf=Ecf×εcf且εcf<0.01。3.2加固設計根據(jù)《碳纖維片材加固修復混凝土結(jié)構技術規(guī)程》(
7、CECS146:2003)的規(guī)定,采用以概率理論為基礎的極限設計法進行計算。考慮到作用在加固結(jié)構上的活荷載基本卸除,故不考慮二次受力的影響。取圖中梁L-1為例,梁全長7.3m,截面350x1000mm,原配受拉鋼筋7Φ25+2Φ22(4196mm2),受壓鋼筋5Φ20mm(1571mm2),箍筋φ8@100~200。梁截面:b×h=350mm×1000mm,C30混凝土,原梁配有As0=4196mm2As0'=1571mm2按原設計計算最大彎矩設計值:.---x=(fyAs-fy'As')/fcb=157mm
8、Mu=fcbx(h0-x/2)+fy'As'(h0-a’)=14.3x350x157x(930-78.5)+300x1571x(930-40)=1088.6kN·m本設計梁底粘貼一層碳纖維板,厚1.0mm,幅寬為梁底寬350mm,Acf=350mm2;梁端負筋處粘貼一層碳纖維布,厚0.5mm,幅寬350mm;全梁設U型碳纖維布箍,每道150寬,間距300,布厚0.167mm,加固簡圖如下所示:加固后