探討CFRP加固鋼筋混凝土梁
關(guān)鍵詞：CFRP；加固；鋼筋混凝土梁；工藝
0引言
碳纖維布加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。碳纖維材料（CFRP）用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)起步很晚，近年來(lái)發(fā)展十分迅速，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中，由于各種原因，經(jīng)常會(huì)造成鋼筋混凝土主體構(gòu)件開裂。對(duì)混凝土構(gòu)件的裂縫可以采取多種方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，其中碳纖維布加固技術(shù)是新近發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)加固方法。
1 碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理
碳纖維材料具有高強(qiáng)度、高彈性模量、質(zhì)量輕及耐腐蝕性好等特點(diǎn)。加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要為碳纖維材料與配套樹脂。碳纖維的抗拉強(qiáng)度為建筑鋼材的10倍左右，而彈性模量與鋼材相當(dāng)，某些種類（如高彈性）碳纖維的彈性模量甚至是鋼材的2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；配套樹脂則包括底層樹脂、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、抗剪承載能力，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。
2加固工程概況
某三層工業(yè)廠房，底層采用梁柱結(jié)構(gòu)，主梁跨度為8.2m，梁間距為6m，梁截面尺寸為；上層為磚混結(jié)構(gòu)。主梁采用預(yù)制鋼筋混凝土梁，頂端通過(guò)預(yù)埋件與柱側(cè)預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接�；炷翉�(qiáng)度等級(jí)為C25，當(dāng)齡期達(dá)到60天時(shí)對(duì)其進(jìn)行取芯，強(qiáng)度代表值為20.3MPa，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)其分析原因后，決定選擇粘貼碳纖維布進(jìn)行加固。
3碳纖維布加固框架梁設(shè)計(jì)
3.1基本假定
用碳纖維材料加固后，混凝土梁的極限承載力計(jì)算與普通混凝土梁有所不同，其基本假定為:
(1)受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計(jì)；
(2)梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應(yīng)變符合平截面假定；
(3)碳纖維材料采用線彈性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：。
3.2加固設(shè)計(jì)
3.2.1碳纖維布的設(shè)計(jì)
采用碳纖維布加固方法，在梁底通長(zhǎng)粘貼碳纖維布2層，梁側(cè)粘貼150mm寬間距150mm的U形箍碳纖維布，梁上部?jī)蓚?cè)粘貼150mm寬的碳纖維布。
3.2.2 材料力學(xué)指標(biāo)(見表1，表2)。
3.2.3設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。考慮到作用在加固結(jié)構(gòu)上的活荷載基本卸除，故不考慮二次受力的影響。
梁截面:
，C25混凝土，原梁配有：；；
本設(shè)計(jì)采取在梁底粘貼250㎜寬碳纖維布2層()，按規(guī)程公式計(jì)算。
�。�1）碳纖維片材厚度折減系數(shù)：
。
�。�2）碳纖維片材允許拉應(yīng)變：
＝0.013＞0.01。
（3）相對(duì)界限高度:
�。�0.1985。
混凝土受壓區(qū)高度x和受拉面上的碳纖維片材的拉應(yīng)變εcf按下列公式進(jìn)行計(jì)算：
�。�1）
�。�2）
解得：ξcfbh＝115.12；s≈234mm＜ξbh0＝292.52m；εcf＝0.0031，
根據(jù)規(guī)范公式4.3.2-1，
由于混凝土強(qiáng)度降低，則梁抗震能力降低量為：
。
碳纖維布增加抗震力：
εcf＝0.006
4碳纖維加固的施工要點(diǎn)
4.1施工流程
碳纖維加固的基本流程為：施工準(zhǔn)備→基層處理→底膠工程→碳纖維布粘貼→養(yǎng)護(hù)→細(xì)部加工。
4.2施工要點(diǎn)
�。�1）碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)施工應(yīng)由熟悉該技術(shù)施工工藝的隊(duì)伍承擔(dān)。
（2）混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)應(yīng)清除，對(duì)混凝土梁表面出現(xiàn)的裂縫及凹陷用聚合物砂漿修補(bǔ)，并養(yǎng)護(hù)不少于3天。表面凸起的部位要打磨平整，浮塵清除干凈，再用丙酮將需粘貼處清洗干凈，平整度應(yīng)達(dá)到每米不超過(guò)5mm。
�。�3）粘貼前需先將梁的銳角部位磨成半徑為2cm的圓弧，以免應(yīng)力集中而降低補(bǔ)強(qiáng)效果。
�。�4）用刮板將膠均勻地涂在梁底面，待膠固化后再進(jìn)行下道工序施工。要特別注意調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，一般情況下40min內(nèi)用完。
（5）將膠按比例重量稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將膠均勻地涂刷在底膠上需粘貼碳纖維布處，隨即把已按照設(shè)計(jì)要求剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計(jì)要求部位，然后用專用滾筒順碳纖維布方向均勻平整壓實(shí)，擠出氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布。滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。待指觸干燥后即可進(jìn)行第二道碳纖維布的粘貼。
�。�6）兩道碳纖維布粘貼完待指觸干燥后，再刮涂一層面膠，用滾筒順碳纖維布方向均勻平整壓實(shí)，使膠充分浸入碳纖維布中。
（7）搭接長(zhǎng)度不小于150mm，端部用橫向碳纖維布固定。
（8）小錘輕擊檢驗(yàn)，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)小于95%，碳纖維片材的實(shí)際粘貼面積不應(yīng)小于設(shè)計(jì)面積，位置偏差不應(yīng)大于10mm。
5結(jié)束語(yǔ)
工程實(shí)踐證明，CFRP加固技術(shù)對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)加固效果十分理想，在基本不增大梁截而尺寸及自重的前提下，該技術(shù)在施工工期、材料耐久性施工質(zhì)量等方而均達(dá)到了合理的要求，施工便捷功效高、噪聲小現(xiàn)場(chǎng)整潔等優(yōu)點(diǎn)。而且碳纖維面具有良好的耐酸、耐堿、耐大氣環(huán)境腐蝕的特點(diǎn)，必將在以后的工程實(shí)踐中得到更廣泛的應(yīng)用。其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好，具有較大的推廣使用價(jià)值。
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