碳纖維材料在某住宅陽臺(tái)加固中的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】陽臺(tái)板；鋼筋保護(hù)層超標(biāo)；抗彎強(qiáng)度不足；加固設(shè)計(jì) 

工程概況 

某住宅小區(qū)一棟號(hào)樓在一次在建工程建筑質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)，三層至四層部分陽臺(tái)出現(xiàn)板頂裂縫。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)、查驗(yàn)設(shè)計(jì)圖及施工過程等多方信息，認(rèn)為突出的問題是陽臺(tái)鋼筋保護(hù)層超標(biāo)引起的抗彎剛度不足現(xiàn)象，隨即要求施工方對(duì)保護(hù)層厚度超過規(guī)范要求的陽臺(tái)，采取加固措施。 

2．碳纖維加固方案設(shè)計(jì) 

陽臺(tái)板結(jié)構(gòu)為單臂懸挑板，懸挑長(zhǎng)度l=1200mm，懸挑板上側(cè)四周為薄板圍墻�？紤]到住宅工程的陽臺(tái)空間有限和加固后對(duì)使用效果影響最小，最終制定了采用外貼cfrp（碳纖維布材料）加固方法進(jìn)行加固碳纖維加固方案。這種加固方法具有自重輕，強(qiáng)度高，能靈活運(yùn)用于抗彎和抗剪加固而不改變室內(nèi)空間使用，同時(shí)具有良好的抗震、抗磨蝕性能。其具體的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)方案如下： 

2.1 加固前的設(shè)計(jì)最大彎矩計(jì)算 

根據(jù)建筑規(guī)范，計(jì)算中荷載設(shè)計(jì)荷載取值分別為：面荷載=4.34kn/m2;線荷載=2.35kn/m;活荷載=2.0kn/m2。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示. 

 

其中: p1與p1為陽臺(tái)板側(cè)邊的圍墻荷載；q為陽臺(tái)板自身面荷載，計(jì)算值分別為： 

p1=0.5*2*2.35*1.2=2.82kn 

p2=0.5*2.35*3.0=3.53kn 

q=4.34*3.0+2.0=15.02kn/m 

則加固后的設(shè)計(jì)最大彎矩應(yīng)為： 

m0=0.5ql2+p1l1+p2l2 

=0.5*15.02*1.22+2.82*0.6+3.53*1.2 

=16.75kn.m 

2.2 cfrp加固法抗彎設(shè)計(jì)校核 

取陽臺(tái)板中部最不利位置(即懸挑板根部)的單位寬度板進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)考慮原受力鋼筋的作用。選用0.16mm×300mm 型cfrp（碳纖維布），板頂粘貼3條長(zhǎng)為1770mm的單層碳纖維布,并用2條長(zhǎng)為3000mm橫向纖維布進(jìn)行錨固，使得加固的抗彎應(yīng)力可以均勻地分布在陽臺(tái)板上，同時(shí)在建筑外墻內(nèi)側(cè)貼一條長(zhǎng)為3000mm橫向錨固纖維布，進(jìn)一步提高錨固性能，如圖2所示。 

根據(jù)建筑規(guī)范，首先計(jì)算相對(duì)受壓區(qū)高度x， 

x=(fyay+ffaf)/fcmb 

=(310*2512+3500*48)/11*1000=86.07mm 

其中各參數(shù)取值分別為：fcm=11/mm2; b=1000mm; fy=310n/mm2; ff=3500n/mm2; as=15mm; h0=120-15=105mm; 

則采用碳纖維布加固后的彎矩為， 

m=(fyay +0.85* ffaf)(h0-0.5x) 

=(310*2512+0.85*3500*48)(105-0.5*86.07) 

=17.45kn.m >m0=16.75kn.m 

滿足設(shè)計(jì)要求。 

3. 施工方案 

外貼cfrp加固砼結(jié)構(gòu)的施工流程為： 

基處面理→基面清洗→涂刷底膠→粘貼面修補(bǔ)→粘貼cfrp→養(yǎng)護(hù)→外表防護(hù)處理。 

在加固施工中嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范執(zhí)行，具體做法如下： 

1)砂輪認(rèn)真清除和打磨基面，裂縫用環(huán)氧樹脂修補(bǔ)； 

2)基面清洗，充分干燥后再進(jìn)行下一道工序； 

3)涂刷底膠，待底膠指觸干燥后，進(jìn)入第二道工序； 

4)粘貼面修補(bǔ)，對(duì)粘貼面上的凹入部位，用環(huán)氧膩?zhàn)有扪a(bǔ)，待其干燥后，進(jìn)入第二道工序； 

5)粘貼cfrp，使用fr-e3p結(jié)構(gòu)膠粘貼，cfrp的下料長(zhǎng)度，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和作業(yè)空間確定； 

6)養(yǎng)護(hù)，cfrp粘貼后，用聚乙烯板的進(jìn)行養(yǎng)護(hù)； 

7)外表防護(hù)處理，在表面涂抹砂漿進(jìn)行防護(hù)。 

4.結(jié)論 

碳纖維片的重量輕、強(qiáng)度高、隨形性好，能適應(yīng)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)外形的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)結(jié)構(gòu)重量的影響甚微；碳纖維修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)工藝施工簡(jiǎn)便迅速，無需任何夾具、模板和支撐，雖然碳纖維本身的價(jià)格高于其他材料，但施工費(fèi)用大大降低。它免除了鋼板補(bǔ)強(qiáng)、混凝土補(bǔ)強(qiáng)等傳統(tǒng)方法所需的植筋錨固、裝拆夾具、立模、支撐、灌注混凝土、養(yǎng)護(hù)、拆模等繁雜的工序和輔助設(shè)施，而且占用空間小，即使在高空作業(yè)，也只需設(shè)置簡(jiǎn)易工作平臺(tái)即可。因此，用碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)將低干傳統(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)方法，經(jīng)濟(jì)效益視具體工程情況而定，越是復(fù)雜結(jié)構(gòu)其效益將愈明顯。另外，碳纖維片補(bǔ)強(qiáng)有非常良好的抗腐蝕性能和耐久性，不需作任何防腐處理，而粘鋼加固則需做定期防銹、防腐處理。因此，碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 

由于碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的施工簡(jiǎn)便迅速、施工周期短、占用空間小，使施工對(duì)周圍的影響降低到最低限度。例如：城市橋梁、大型公用設(shè)施、工業(yè)與民用建筑的維修，為了減少施工帶來的損失，必要時(shí)在一定條件下還可在交通設(shè)施正常運(yùn)營、工廠正常生產(chǎn)的情況下進(jìn)行作業(yè)，因此有一定的社會(huì)效益。對(duì)受意外災(zāi)害，特別是地震災(zāi)害引發(fā)的房屋、橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)物的震損，用碳纖維片快速修復(fù)，使城鎮(zhèn)人民的生產(chǎn)、生活盡快恢復(fù)正常，則其社會(huì)效益和環(huán)境效益都將是巨大的。 

自采用碳纖維布對(duì)本工程抗彎性能不足的混凝土陽臺(tái)板進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)與施工以來，該小區(qū)相關(guān)陽臺(tái)未再出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，一致使用至今。 

參考文獻(xiàn): 

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【2】張自榮,張素梅,李允陽 碳纖維加固鋼筋混凝土梁杭彎性能試驗(yàn)研究 長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2001年第2卷第4期 

【3】田水，朱墩．纖維增強(qiáng)塑料（frp）在結(jié)構(gòu)加固工程中的應(yīng)用．建筑結(jié)構(gòu)，2000,30(3) :40-43 

【4】岳清瑞，陳小兵，牢宏遠(yuǎn)．碳纖維材料（cfr）加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù).工業(yè)建筑，1998，28（11）：l－5. 

【5】萬穎 碳纖維布用丁鋼筋混凝十梁抗彎加固 建筑研究與應(yīng)用 2001.3 

【6】中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（gbj50153—92），北京：中國計(jì)劃出版社，1992