碳纖維加固在工程中的應(yīng)用[權(quán)威資料]

碳纖維加固在工程中的應(yīng)用 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要 本文介紹了某煉油廠氣體分餾裝置設(shè)備框架的加固，采用碳纖維對(duì)梁、柱進(jìn)行加固，碳纖維加固的適用范圍及加固的施工要求。 關(guān)鍵詞 碳纖維 、加固、施工要求 TU71 A 一、引言 某煉油廠 20 萬噸 /年氣體分餾裝置由于產(chǎn)品處理量的擴(kuò)大，有些原有的設(shè)備需要更換 ，該裝置在 2008 年停工檢修期間進(jìn)行擴(kuò)能改造，隨著荷載的增加，框架需要進(jìn)行核算。通過對(duì) 框架的計(jì)算分析，框架滿足不了要求，決定對(duì)框架進(jìn)行加固，使加固后的框架能滿足設(shè)計(jì)要求。 二、加固方案選擇 本框架平面尺寸為 29.75m X 8.7m,層高 6.5m,共二層。柱距 6m,跨度 8.7m（見平面圖）。 通過對(duì)框架的計(jì)算分析，在地震作用下，鋼筋混凝土框架的彈性層間位移角一層為 1/516,二層為 1/598，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（ GB50011-2001）規(guī)定鋼筋混凝土框架的彈性層間位移角限值為 1/550，彈性層間位移角限值不滿足要求?，F(xiàn)將一層 KJ-2、 KJ-4 柱截面尺寸由 400x650mm 改為600x750mm,KJ-1、 KJ-3 柱截面尺寸不變，仍為 400x650mm.二層柱截面尺寸不變，一、二層梁截面尺寸不變，再次通過對(duì)框架的計(jì)算分析，在地震作用下，彈性層間位移角限值滿足要求，一層為 1/705,二層為 1/602。在計(jì)算滿足要求的情況下，提供以下兩種加固方案： 方案一、（加大截面 +外包鋼加固）通過對(duì)框架的計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)一層需提高剛度，以滿足變形的要求，二層則僅需提高承載力就可滿足要求。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，一層柱采用加大柱截面，二層柱采用外包角鋼加固，框架梁采用加大梁截面?；?礎(chǔ)滿足要求，不需加固。 外包角鋼加固可以明顯提高原構(gòu)件的極限承載力，提高加固構(gòu)件的剛度和延性，對(duì)靜力加固的結(jié)構(gòu)必須考慮結(jié)構(gòu)二次受力問題。加固后的極限承載力隨著應(yīng)力歷史的增大而減小 ,在加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 須考慮應(yīng)力歷史的影響。它對(duì)加固構(gòu)件的截面尺寸和外觀影響很小，綴板與角鋼的焊接工作量大。 方案二、（加大截面 +粘貼碳纖維加固）方案二是在方案一的基礎(chǔ)上將二層柱采用外包角鋼加固改為粘貼碳纖維加固，框架梁采用粘貼碳纖維加固?；A(chǔ)滿足要求，不需加固。 粘貼碳纖維布 (CFRP)加固混凝土結(jié)構(gòu) 能明顯提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性，尤其對(duì)構(gòu)件的延性提高較明顯，但由于 CFRP 材料對(duì)構(gòu)件的承載力提高有限，按照現(xiàn)行規(guī)范的要求最多不能超過 40%。碳纖維加固無焊接工作量，對(duì)混凝土的約束效果比外包鋼好 ,對(duì)改善混凝土柱的延性作用也比外包鋼好。 通過以上兩種方案的比較，兩種方案均可以滿足設(shè)計(jì)要求，在這種情況下，施工周期的問題就顯得比較突出，該裝置在 2004 年停工檢修期間進(jìn)行擴(kuò)能改造，停工時(shí)間只有 25天左右，為了保證工期及各種因素的綜合考慮，決定采用方案二對(duì)框架進(jìn)行加固。 三、加固設(shè)計(jì) （一）加大截面 加大截面加固法的最大問題就是使新舊部分混凝土整體工作，共同受力問題，而新、老混凝土的結(jié)合面是加固結(jié)構(gòu)受力時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，從設(shè)計(jì)構(gòu)造上配置足夠的貫穿于結(jié)合面的剪切摩擦筋或錨固件將兩部分連接起來，是確保結(jié)合面能有效傳力，并使新舊兩部分混凝土整體工作的關(guān)鍵。 為了確保結(jié)合面能有效的傳力，使新老混凝土能整體工作，在設(shè)計(jì)過程中就要考慮如何把外包混凝土的封閉箍筋，通過可靠的方式與原混凝土柱聯(lián)系。要使眾多的箍筋能與原混凝土柱連接好，需要設(shè)計(jì)出可靠而簡(jiǎn)單的連接方法。 加固時(shí) 柱主筋下部植入基礎(chǔ)承臺(tái)內(nèi)，保證新增豎向結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載能夠順利傳給基礎(chǔ)，并保證剛度的連續(xù)性，柱子縱筋采用焊接。梁柱節(jié)點(diǎn)處，柱加固縱向鋼筋應(yīng)貫穿樓板不截?cái)啵缬辛鹤韪魰r(shí)可從框架梁兩側(cè)繞過，然后采用一定的坡度收至設(shè)計(jì)位置，在框架梁上下各增加附加鋼筋滿足豎向鋼筋間距要求；不被原柱阻礙的梁加固縱筋采用通長筋，有柱阻礙則采用植筋技術(shù)植入到原柱混凝土中。 加大截面加固法技術(shù)成熟，加固效果明顯，造價(jià)較低，無需再做耐火和耐久措施，缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量大，由于加固鋼筋較密，增大截面法施工振搗密實(shí)成為難題，因此加固的 截面不能太小，一層 KJ-2、 KJ-4 柱截面尺寸由400x650mm 改為 600x750mm,KJ-1、 KJ-3 柱截面尺寸不變，仍為 400x650mm。柱加固詳圖見圖 1 所示。 （二）粘貼碳纖維 碳纖維與傳統(tǒng)的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補(bǔ)強(qiáng)相比，具有節(jié)省空間，施工簡(jiǎn)便，不需要現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，施工質(zhì)量易保證，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)。 將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料（單向連續(xù)纖維）；用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié) 構(gòu)上，形成一個(gè)新的復(fù)合體，使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、抗裂性和延伸性。加固詳圖見圖 2 所示。 碳纖維的材料特性 本次加固選用碳纖維布的密度為 300g/ mm2 ,厚度為0.167mm,板材厚 度為 1.2mm。板 材用 SIKADUR-30 專用粘結(jié)劑，修補(bǔ)材用 SIKADUR-174 專用粘結(jié)劑，布 材用 SIKADUR-330 專用粘結(jié)劑。 四、施工要求 1 混凝土表面處理 將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部 分清除干凈。 對(duì)經(jīng)過剔鑿、清理和 露筋的構(gòu)件殘缺部分，進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。裂縫修補(bǔ)：縫寬小于 0.2mm 的裂 縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于 0.2mm 的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。 修復(fù)后的構(gòu)件表面盡量平順。轉(zhuǎn)角處打磨成圓弧狀，半徑不小于 20m，并清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。 2 缺陷部位涂刷底膠 將配好的底膠（粘結(jié)劑），用涂刷均勻于缺陷部位的砼表面。 3 構(gòu)件表面殘缺面的修補(bǔ) 用環(huán)氧膩?zhàn)訉?duì)構(gòu)件表面殘缺面的修補(bǔ)是十分重要的一步，要點(diǎn) 如下： 1） 膩?zhàn)又鲃⒐袒哌M(jìn)劑、固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。 2）構(gòu)件表面凹陷部位用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇?，修?fù)至表面平整。在殘缺修補(bǔ)中使用環(huán)氧膩?zhàn)訒r(shí)，要在氣溫 -5 以上，相對(duì)濕度小于 85%的條件下施工。膩?zhàn)油抗魏?，表面仍存在的凹凸糙紋，應(yīng)再用砂紙打磨平整。 4 涂刷底膠 將配好的底膠（粘結(jié)劑），用滾筒均勻涂刷于需要粘結(jié)的混凝土表面。 5 粘貼碳纖維 粘貼碳纖維材料之前，首先應(yīng)確認(rèn)粘貼表面干燥。當(dāng)氣溫在 -10 以上，相對(duì)濕度 RH85%時(shí)，如無有效措施不得施工。碳纖維縱向接頭必須搭接 20cm 以上。該部位應(yīng)多涂樹脂，碳纖維橫向不需要搭接。 6 養(yǎng)護(hù) 粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護(hù) 1-2 小時(shí)達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期間不受外界干擾和碰撞。并用 1： 2 水泥砂漿抹面 20 厚進(jìn)行防火保護(hù)。 7.碳纖維的材料性能及粘貼的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 碳纖維的材料性能及粘貼的質(zhì)量檢驗(yàn)按碳纖維片材加固砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（ CECS146:2003）的要求進(jìn)行。 五、結(jié)語 框架從 2008 年施工完后，該裝置運(yùn) 行至今已有 5 年多，總體運(yùn)行情況良好，說明此框架加固是成功的。采用碳纖維加固具有節(jié)省空間，施工簡(jiǎn)便，不需要現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，施工質(zhì)量易保證，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)。另外，采用該方法，可大大提高構(gòu)筑物的使用壽命。當(dāng)結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值不滿足要求時(shí)，構(gòu)件的承載力提高要求超過 40%時(shí)，不能單純用碳纖維進(jìn)行加固。 參考資料： 1 CECS25:90,混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范 S中國計(jì)劃出版社 1991 2 CECS146:2003,碳纖維片材加固混凝土 結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 S 中國計(jì)劃出版社 2003 3 GB50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 S 中國建筑工業(yè)出版社 2002 4 GB50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 S 中國建筑工業(yè)出版社 2001 5 GB50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范 S 中國建筑工業(yè)出版社 2006 文檔資料：碳纖維加固在工程中的應(yīng)用 完整下載 完整閱讀 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