碳纖維在某通信機(jī)房加固中-應(yīng)用

1、碳纖維在某通信機(jī)房加固中-應(yīng)用摘要：碳纖維增強(qiáng)聚合物（Carbon Fibre Reinforced Poly-mer簡(jiǎn)稱CFRP）是一種新興的高強(qiáng)材料，最早應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域。近年來(lái)在土木工程領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。較之傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法，碳纖維加固技術(shù)是一種新型高效的加固修復(fù)技術(shù)，它具有高強(qiáng)、高效、施工便捷、使用面廣等優(yōu)點(diǎn)。碳纖維加固技術(shù)是利用改性環(huán)氧樹(shù)脂類膠結(jié)材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)及改善受力性能的目的。此項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已成熟運(yùn)用，在20世紀(jì)90年代后期國(guó)內(nèi)才開(kāi)始碳纖維加固技術(shù)的研究與應(yīng)用，雖取得了一定的成果，但至今尚未形成系統(tǒng)的

2、理論。 關(guān)鍵詞：碳纖維 加固 1、工程概況隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，各地通信公司相繼增設(shè)了一批通信機(jī)房。因通信設(shè)備荷載較大，一般民用建筑達(dá)不到使用要求。為確保使用安全，需對(duì)原建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)加固等工作。某通信公司傳輸機(jī)房位于一辦公樓三層樓面上，機(jī)房使用活載（6.0KN/m2）超過(guò)原辦公樓使用活載2.5 KN/m2。原樓面結(jié)構(gòu)為主次梁現(xiàn)澆板體系（混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，板受力筋為級(jí)鋼筋，梁受力筋為級(jí)鋼筋）。結(jié)構(gòu)驗(yàn)算表明，樓板無(wú)需加固，而主次梁正截面需進(jìn)行加固。經(jīng)過(guò)方案論證和經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性比較，并征得業(yè)主的同意，決定采用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固。2、材料特性本工程使用了日本進(jìn)口的碳纖維布（ST20

3、0），其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。表1 碳纖維布主要性能指標(biāo)型號(hào)單位面積質(zhì)量（gcm-2）設(shè)計(jì)厚度mm設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度f(wàn)cf / MPa彈性模量Ecf / MPaST2002000.11134002007-04-212.3105粘貼用樹(shù)脂采用國(guó)產(chǎn)JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2表2 JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠主要性能指標(biāo)種類拉伸強(qiáng)度MPa壓縮強(qiáng)度MPa剪切強(qiáng)度MPa適用溫度可使用時(shí)間min基底樹(shù)脂（JGN-E）-0381530修補(bǔ)樹(shù)脂（JGN-F）2850182007-04-2103840粘結(jié)樹(shù)脂（JGN-D）285018038603、加固設(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

4、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：cf=Ecfcf。因本工程建成后未經(jīng)裝修使用，加固設(shè)計(jì)時(shí)忽略碳纖維二次受力的影響。3.2設(shè)計(jì)方法實(shí)用公式根據(jù)極限狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，由平衡條件可得：當(dāng)2a時(shí)，fcmbx+fyAs2007-04-21=fyAs+cfAcf (1)Mu cfAcf (h-/2)+ fyAs (h0-/2)- fyAs (/2-as) 當(dāng)2a時(shí)， fcmbx+fyAs=fyAs+cfAcf (2)Mu cfAcf (h- as)+ fyAs (h0- a

5、s)規(guī)程公式根據(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，當(dāng)混凝土受壓區(qū)高度xcfbh時(shí)，其極限彎矩：MufyAs (h0- 0.5gcfbh)+Ecfcf Acf（1-0.5cfb）(3)其中，界限相對(duì)受壓區(qū)高度：cfb=0.8cu/（cu+cf）3.3次梁加固設(shè)計(jì)次梁截面：bh=400mm500mm，As =As=1018mm2007-04-212截面彎矩：Mu=242Knm按實(shí)用公式計(jì)算首先估算混凝土受壓區(qū)高度12mm2as根據(jù)公式(2),解得:Acf=53.1mm2按規(guī)程公式計(jì)算界限相對(duì)高度：cfb=0.80.003/(0.0033+0.01)=0.198512mmcfbh=89.3

6、mm根據(jù)公式（3），解得：Acf=51.7mm2設(shè)計(jì)結(jié)論兩種計(jì)算結(jié)果相比較，其誤差=（53.1-51.7）/53.1=2.64%在工程設(shè)計(jì)誤差許可范圍之內(nèi)。采取在梁底粘貼300mm寬碳纖維布兩層（Acf=66.6mm2），可滿足設(shè)計(jì)和使用要求。3.4主梁加固設(shè)計(jì)主梁截面：bh=500mm550mm，As=2233mm2 ，As=1960mm2極限彎矩: Mu=450Knm按實(shí)用公計(jì)算首先估算混凝土受壓區(qū)高度: 29.5mm2a2007-04-21s根據(jù)公式(2),解得:Acf=112.1mm2按規(guī)程公式計(jì)算界限相對(duì)受壓區(qū)高度:cfb=0.198529.5mmcfbh=89.3mm根據(jù)公式(3),解得: Acf=109.3mm2設(shè)計(jì)結(jié)論兩種計(jì)算結(jié)果相比較,其誤差=（112.1-109.3）/112.1=2.5%在工程設(shè)計(jì)誤差許可范圍之內(nèi)。采取在梁底粘貼400mm寬碳纖維布3層（Acf=133.2mm2），可滿足設(shè)計(jì)和使用要求。3.5構(gòu)造做法為了加強(qiáng)梁底碳纖維布的錨固及增加梁的抗剪能力,在梁端每側(cè)粘貼100mm寬U型箍3道,在主次梁相交處每側(cè)粘貼100mm寬U型箍?jī)傻馈?柱邊3個(gè)U型箍，寬100mm，間距100mm；2次梁每側(cè)2個(gè)U型箍，寬100mm，間距100mm；3碳纖維3層