碳纖維加固技術在改造工程中的應用.doc

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1、碳纖維加固技術在改造工程中的應用-結構理論碳纖維布加固修補結構技術是一種新型的結構加固技術，它是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達到對結構及構件加固補強的目的。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結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。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；2、加固后能大大提高結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；基本不增加結構自重及截面尺寸；柔性好，

2、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材料），沒有濕作業(yè)，易于操作，經濟性好；5、適用范圍廣，施工工期短。1、工程概況四平市站前住宅樓，建造于90年代初，底部框架剪力墻結構結構，底部2層框架，上部4層住宅。原設計1，2層為餐廳（活荷載為2.5KN/m2）,廚房（活荷載為4.0KN/m2）設在一層?，F(xiàn)計劃重新裝修開設肯德雞連鎖店，將廚房移到2層，原1層廚房位置設售餐臺。由于功能改變導致荷載增大，原2層局部梁將不能滿足設計要求，需要加固。經過方案論證和經濟技術可行性比較，決定采用碳纖維復合材料進行加固。2、材料特性⑴本工程使用德國進口的碳纖維布（C200），其

3、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量（g/cm-2）設計厚度mm抗拉強度fcf(Mpa)彈性模量Ecf(Mpa)UDO2002000.11149002.3×105⑵粘貼用樹脂采用國產JGN型建筑結構膠，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

4、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εcf0.01取[εcf]=0.01界限相對高度：ξcfb=0.8Xεcu/(εcu+[εcf])=0.8×0.0033/((0.0033+0.01)=0.1985混凝土受壓區(qū)高度x和受拉面上碳纖維片材的拉應變εcf應按下列公式進行計算：1）、fcbx=fyAs－fy＇As＇+EcfεcfAcf2）、x＝0.8εcu/εcu+εcf解得：ξcfbh＝0.1985x650＝129<χ≈137mm<ξbh0=329m;εcf=0.0051根據規(guī)范公式4.3.2-1

5、,M=fcbx(h0－x/2)+fy＇As＇(h0－a’)+EcfεcfAcf(h－h(huán)0)=14.3x350x137x(585-68.5)+300x980(585-40)+2.3x105x0.0051x99.9x65=524kN·m由計算結果可知經過加固，此梁的最大彎矩設計值比原來提高了13％。3.3構造做法為了加強梁底碳纖維布的錨固及增加梁的抗剪能力,在梁端每側粘貼160mm寬U型箍1道,在主次梁相交處每側粘貼160mm寬U型箍1道。U型粘貼的粘貼高度宜取構件截面高度。對于U型粘貼形式，宜在上端粘貼縱向碳纖維片材壓條。［2］考慮到碳纖維布多層粘貼時受施工現(xiàn)場影響的因素較大，建議受彎構件粘

6、貼碳纖維布的層數不應超過3層。4、施工工藝一般工藝流程為卸荷—基底處理—涂底膠—找平—粘貼—保護?？紤]本工程特殊施工環(huán)境因素，加固中應進行卸荷。加固前先將板面粉刷層及板面雜物清除。本工程加固施工中，應先鑿開保護層直至結構層基面，方可進行下一步處理?；臼┕げ襟E：⑴基底處理：①混凝土表面出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環(huán)氧砂漿進行修復。②混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其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）。③風機將混凝土表面清理干凈，并保持

7、干燥。⑵涂底膠①按配合比主劑∶固化劑＝3:1配置底膠。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。根據現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間，一般情況下20—50mim內用完。②將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。一般固化時間為6—24h。⑶找平①混凝土表面凹陷部位應用修補劑填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應用修補劑填補，盡量減小高度差。