碳纤维技术在工程加固中的应用

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1、碳纤维技术在工程加固中的应用章途山（温州市温大建筑设计有限公司，温州325000）摘要：用CFRP材料加固混凝土结构中的应用，提高构件承载力，施工工艺简单及其优越性。介绍碳纤维加固的优点，设计方法，实际加固应用。关键词：碳纤维布；设计方法；施工工艺中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）09-0121-011碳纤维加固结构构件技术原理外贴纤维增强复合材料加固混凝土技术是通过在混凝土结构外部粘贴纤维增强复合材料片材，通过二者协同受力，达到加固目的。碳纤维材料具有高强度、高弹性摸量、重量轻及耐腐蚀性好等特点，其抗拉强度是普通钢筋的十倍左右，弹性模量略高于普通钢筋

2、的弹性模量。加固修复混凝土结构所有碳纤维材料主要为两种：碳纤维材料与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍，而弹性模量与钢材相当，某些（如高弹性）碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树脂则伍括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。2受弯构件正截面加固设计计算2.1基木假定碳纤维材料加固后混凝土梁的极限承载力计算采用如下基木假定：①受拉区混凝土的作用忽略不计；②梁

3、受弯后，混凝土、钢筋及碳纤维应变符合截面假定；③碳纤维材料釆用线弹性应力一应变关系：δcf=EcfXεcf,且ε<0.01。④当考虑二次受力影响时，应按构件加固前的初始受力情况，确定纤维复合材料的滞后应变；⑤由于外贴的碳纤维布很薄，近似认为CFRP布中心离梁顶的距离与梁高相等；⑥在到达抗弯承载力极限状态前，加固材料与混凝土之间不致出现黏结剥落破坏。2.2加固设计方法在矩形截面受弯构件的受拉边混凝土表面上粘贴纤维复合材料进行加固吋，其正截面承载力应符合下列规定，即当X≥2a’时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碳纤维材料的加固工程某汽车配件厂建于2001年，五层桐架结构，厂房跨度7m,由于生产需要，将原来的五层增加至六层，经过结构检测和计算，局部原来的框架梁承载力达不到新增的使用要求，故局部框架梁须做加固设计。计算书：根据PKPM结构计算软件计算浙江月华汽配冇限公司生产车间部分梁缺筋，缺筋量130〜359mm2。正弯矩缺筋量最大为222mm2,负弯矩缺筋量最大为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。设粘碳纤维布同梁宽250mm按一层计算，碳纤维布计算厚度为0.167mm，抗拉强度为2000MPa。即As=ψfffAse/fy=0.85*2000*250*0.167*1/300=236.6mm2同理按二层计算As=ψfffAse/fy=0

12、.85*2000*250*0.167*2/300=473.2mm2从以上二种计算结果得：梁正弯矩缺筋量在236.6mm2内粘一层碳纤维布，大于236.6mm2而小于473.2mm2粘二层碳纤维布，满足加固要求。4碳纤维材料的加固施工工艺施工工艺：卸荷→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护。4.1卸荷加固前应对所加固的构件尽可能卸荷。4.2基底处理①混凝上表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较人面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。②裂缝部位应首先进行封闭处理。③用混凝上角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、汕污等

13、杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤苏是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（R≥20mm）o④用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。4.3涂底胶（FP胶）①按主剂：固化剂=2:1的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量并严格控制使用吋间。一般情况下lh内用完。②用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后（固化吋间视现