CFRP在加固工程中的應(yīng)用

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1、CFRP在加固工程中的應(yīng)用摘要:作為一種新型加固材料,碳纖維材料(CFRP)具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了CFRP在各類(lèi)加固工程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)1、前言碳纖維材料(CFRP)加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是20世紀(jì)80年代在國(guó)際上新興起的一項(xiàng)新型、高效、便捷的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。它利用樹(shù)脂類(lèi)材料將碳纖維粘貼在混凝土表面,形成復(fù)合材料,通過(guò)與混凝土之間協(xié)同工作,對(duì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)起到加固及改善受力性能的作用。該項(xiàng)技術(shù)興起于美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家,現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于建筑物、橋梁、特種結(jié)構(gòu)等各類(lèi)土木工程中。中國(guó)的起步比較晚,于1997年開(kāi)始正

2、式研究該項(xiàng)目,并于1998年才開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際工程。經(jīng)過(guò)近7年的努力,已取得了一些成績(jī),有了不少成功應(yīng)用的工程實(shí)例和《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。同時(shí),由于具有許多其它傳統(tǒng)加固方法所不具備的優(yōu)越性,如簡(jiǎn)便快速的施工工藝、良好的加固修補(bǔ)效果和理想的耐久性等,該技術(shù)已引起國(guó)內(nèi)外土木工程領(lǐng)域的廣泛重視。表1是CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)與其它傳統(tǒng)加固方法的比較。表1CFRP加固混凝土與其它加固方法比較加固方法增大體積增加重量施工時(shí)間所需工日施工空間所需設(shè)備交通影響抗腐蝕性加大截面法大大長(zhǎng)多大多大差體外預(yù)應(yīng)力法小小較長(zhǎng)多大多大差粘貼鋼板法小大較長(zhǎng)多

3、大較多大差CFRP加固法小小短少小少小好2、材料特性碳纖維材料(CFRP)顯著的特性是:①抗腐蝕能力強(qiáng)(耐久性好);②自重小,且具有很高的材料抗拉強(qiáng)度(質(zhì)強(qiáng)比高);③彈性變形能力和抗疲勞能力強(qiáng);④較高的電阻和較低的磁感應(yīng)?,F(xiàn)在,國(guó)內(nèi)加固工程中所用的CFRP多為進(jìn)口材料,如日本前田工纖的CFRP,瑞士的SiKa公司的CFRP等。與日本生產(chǎn)的CFRP配套使用的粘貼膠約有三種,它們分別是FP-NS、FE-Z或FE-B及FR-E3P。各種膠的主要作用如下:(1)FP-NS底涂材料,作用為滲入混凝土內(nèi)部,強(qiáng)化混凝土表面,改善CFRP與混凝土之間的粘結(jié)

4、性能;(2)FE-Z、FE-B整平材料,作用為修補(bǔ)混凝土表面缺陷,提高CFRP與混凝土的粘結(jié)質(zhì)量;(3)FR-E3P粘貼材料,保證CFRP與混凝土的有效粘結(jié)及兩者的共同工作。各種材料的具體性能見(jiàn)表2-3。表中各項(xiàng)指標(biāo)均由廠(chǎng)家提供,根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)的有關(guān)規(guī)范規(guī)定的方法測(cè)定。表2日本產(chǎn)常見(jiàn)CFRP及其性能品名纖維種類(lèi)纖維面積重設(shè)計(jì)厚度抗拉強(qiáng)度彈性模量FTS-C1-20高強(qiáng)度200g/m20.111mm3550MPa2.35X105MPaFTS-C1-30高強(qiáng)度300g/m20.167mm3550MPa2.35X105MPaFTS-C1-45高強(qiáng)度

5、450g/m20.250mm3550MPa2.35X105MPaFTS-C5-30高彈性模量300g/m20.165mm3000MPa4.00X105MPa表3日本產(chǎn)粘貼膠性能指標(biāo)膠型號(hào)配合比適用溫度可使用時(shí)間干燥時(shí)間混凝土粘結(jié)強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度FP-NS2:115-25℃40min10h>2.0MPaFE-Z2:115-35℃100min14h>2.0MPa>35MPaFR-E3P2:115-25℃40min10h>30MPa3、計(jì)算方法(1)受彎加固采用碳纖維對(duì)梁、板構(gòu)件進(jìn)行受彎加固時(shí)的承載力計(jì)算,除應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6、規(guī)范》對(duì)受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算的基本假定外,尚應(yīng)符合下列要求:①構(gòu)件達(dá)到受彎承載能力極限狀態(tài)時(shí),碳纖維的拉應(yīng)變按截面應(yīng)變保持平面的假定確定,但不應(yīng)超過(guò)碳纖維的允許拉應(yīng)變;②當(dāng)考慮二次受力影響時(shí),應(yīng)根據(jù)加固時(shí)的荷載狀況,按截面應(yīng)變保持平面的假定計(jì)算加固前受拉區(qū)邊緣混凝土的初始應(yīng)變;③碳纖維的拉應(yīng)力應(yīng)取碳纖維彈性模量與其拉應(yīng)變的乘積;④在達(dá)到受彎承載能力極限狀態(tài)前,碳纖維與混凝土之間不發(fā)生粘結(jié)剝離破壞。當(dāng)CFRP加固混凝土發(fā)生界限破壞時(shí),即破壞時(shí)混凝土被壓碎,同時(shí)CFRP被拉斷,可采用如下公式進(jìn)行計(jì)算:(1)(2)式中:為CFRP強(qiáng)度折減系數(shù)

7、,通常取0.6。(2)受剪加固對(duì)混凝土梁進(jìn)行受剪加固時(shí),應(yīng)按下列公式進(jìn)行斜截面受剪承載力計(jì)算:(3)(4)(5)式中:是達(dá)到受剪承載能力極限狀態(tài)時(shí)CFRP的應(yīng)變;是CFRP的極限拉應(yīng)變;是CFRP受剪加固形式系數(shù),對(duì)封閉粘貼取1.0,對(duì)U形粘貼取0.85,對(duì)側(cè)面粘貼取0.70;是梁受剪計(jì)算截面的剪跨比,對(duì)于集中荷載作用情況取a/h0,當(dāng)大于3.0時(shí),取3.0,當(dāng)小于1.5時(shí),取1.5,a為集中荷載作用點(diǎn)到支座邊緣的距離,對(duì)于均布荷載作用情況,取3.0;是CFRP的粘貼層數(shù);是側(cè)面粘貼CFRP的高度;是CFRP條帶的凈間距;是單層CFRP的厚

8、度;是CFRP條帶的寬度。(1)柱的抗震加固柱的抗震加固應(yīng)采用封閉式粘貼CFRP的方法。柱端箍筋加密區(qū)的總折算體積配箍率應(yīng)按下列公式計(jì)算,并應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

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