碳纖維技術(shù)在工程加固中的應(yīng)用

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1、碳纖維技術(shù)在工程加固中的應(yīng)用章途山（溫州市溫大建筑設(shè)計(jì)有限公司，溫州325000）摘要：用CFRP材料加固混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，提高構(gòu)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(diǎn)，設(shè)計(jì)方法，實(shí)際加固應(yīng)用。關(guān)鍵詞：碳纖維布；設(shè)計(jì)方法；施工工藝中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2010）09-0121-011碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理外貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固混凝土技術(shù)是通過在混凝土結(jié)構(gòu)外部粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材，通過二者協(xié)同受力，達(dá)到加固目的。碳纖維材料具有高強(qiáng)度、高彈性摸量、重量輕及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，其抗拉強(qiáng)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(fù)混凝土結(jié)構(gòu)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(qiáng)度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當(dāng)，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(fù)材料；配套樹脂則伍括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個(gè)復(fù)合性整體，并且共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力，達(dá)到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。2受彎構(gòu)件正截面加固設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算采用如下基木假定：①受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計(jì)；②梁

3、受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應(yīng)變符合截面假定；③碳纖維材料釆用線彈性應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系：δcf=EcfXεcf,且ε<0.01。④當(dāng)考慮二次受力影響時(shí)，應(yīng)按構(gòu)件加固前的初始受力情況，確定纖維復(fù)合材料的滯后應(yīng)變；⑤由于外貼的碳纖維布很薄，近似認(rèn)為CFRP布中心離梁頂?shù)木嚯x與梁高相等；⑥在到達(dá)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(jié)剝落破壞。2.2加固設(shè)計(jì)方法在矩形截面受彎構(gòu)件的受拉邊混凝土表面上粘貼纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固吋，其正截面承載力應(yīng)符合下列規(guī)定，即當(dāng)X≥2a’時(shí)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)檢測和計(jì)算，局部原來的框架梁承載力達(dá)不到新增的使用要求，故局部框架梁須做加固設(shè)計(jì)。計(jì)算書：根據(jù)PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)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(fù)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(shè)粘碳纖維布同梁寬250mm按一層計(jì)算，碳纖維布計(jì)算厚度為0.167mm，抗拉強(qiáng)度為2000MPa。即As=ψfffAse/fy=0.85*2000*250*0.167*1/300=236.6mm2同理按二層計(jì)算As=ψfffAse/fy=0

12、.85*2000*250*0.167*2/300=473.2mm2從以上二種計(jì)算結(jié)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(hù)。4.1卸荷加固前應(yīng)對所加固的構(gòu)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(yīng)予以鑿除，對于較人面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)。②裂縫部位應(yīng)首先進(jìn)行封閉處理。③用混凝上角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、汕污等

13、雜質(zhì)，構(gòu)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(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥20mm）o④用吹風(fēng)機(jī)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(jì)量，電動攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際氣溫決定用量并嚴(yán)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)