預(yù)應(yīng)力CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)初探

1、預(yù)應(yīng)力CFRP加固鋼構(gòu)造技術(shù)初探工程中的鋼構(gòu)造不可防止地存在各種缺陷和損傷。在荷載和環(huán)境等因素的作用下，材料發(fā)生變化，引起宏觀力學(xué)性能的劣化，導(dǎo)致鋼構(gòu)造工程事故。為確保構(gòu)造平安工作，延長使用壽命就必須對損傷構(gòu)件進(jìn)展更換或加固，更換這些構(gòu)件將造成極大的浪費(fèi)，而且會影響構(gòu)造的正常使用。同時(shí)，構(gòu)造損傷具有部分性和多發(fā)性特點(diǎn)，這些構(gòu)造不可能在出現(xiàn)損傷時(shí)就立即退役。因此，尋求經(jīng)濟(jì)高效的鋼構(gòu)造加固技術(shù)既是土木工程領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題，又是一個(gè)關(guān)系到社會可持續(xù)開展的問題。1、鋼構(gòu)造損害的主要因素及加固技術(shù)措施鋼構(gòu)造損害的主要因素有：1由荷載變化，超期服役，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程改變導(dǎo)致構(gòu)造承載力缺乏；2構(gòu)件由于各種意

2、外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷等，致使構(gòu)件截面削弱，桿件翹曲，連接開裂等；3溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲；4由于化學(xué)物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學(xué)腐蝕致使鋼構(gòu)造構(gòu)件截面削弱；5其它包括設(shè)計(jì)、消費(fèi)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等。鋼構(gòu)造的加固技術(shù)措施主要有三種：1截面補(bǔ)強(qiáng)法：在部分或沿構(gòu)件全長以鋼材補(bǔ)強(qiáng)，連成整體使之共同受力；2改變計(jì)算簡圖：增設(shè)附加支承，調(diào)整荷載分布情況，降低內(nèi)力程度，對超靜定構(gòu)造支座進(jìn)展強(qiáng)迫位移，降低應(yīng)力峰值；3預(yù)應(yīng)力拉索法：利用高強(qiáng)拉索加固構(gòu)造薄弱環(huán)節(jié)或進(jìn)步構(gòu)造整體承載力、剛度和穩(wěn)度。2、預(yù)應(yīng)力FRP加固鋼構(gòu)造技術(shù)目前，國內(nèi)外對預(yù)應(yīng)力FRP加固鋼構(gòu)造技術(shù)

3、的研究、試驗(yàn)和應(yīng)用涉足甚少。因此，如何將高性能預(yù)應(yīng)力FRP加固技術(shù)引入到鋼構(gòu)造工程的加固中，以進(jìn)步鋼構(gòu)造的承載才能和可靠性，將是鋼構(gòu)造工程加固領(lǐng)域中的一次技術(shù)革命。2.1傳統(tǒng)的鋼構(gòu)造加固存在的問題焊接加固時(shí)，高溫作用使焊接部位的組織及性能劣化；而且焊縫必然存在缺陷，會產(chǎn)生新的裂紋；焊接構(gòu)造內(nèi)部存在剩余應(yīng)力，與其他作用結(jié)合可能導(dǎo)致開裂。焊接使構(gòu)造形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴(kuò)展，就有可能一斷到底，引發(fā)重大事故。采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔，削弱了截面，形成新的應(yīng)力集中區(qū)；普通螺栓在動載作用下易松動，高強(qiáng)螺栓易發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，降低了構(gòu)造的修補(bǔ)效果。粘鋼加固技術(shù)是在鋼構(gòu)造外表用特制的

4、建筑構(gòu)造膠粘貼鋼板，依靠構(gòu)造膠使之粘結(jié)成整體共同工作，以進(jìn)步構(gòu)造承載力。這些加固方法共同的缺點(diǎn)是使構(gòu)造重量增加很多，鋼板不易制作成各種復(fù)雜形狀，運(yùn)輸和安裝也不方便，且鋼板易銹蝕，影響粘結(jié)強(qiáng)度，維護(hù)費(fèi)用高。2.2FRP粘貼加固鋼構(gòu)造的特點(diǎn)FRP粘貼加固鋼構(gòu)造是利用粘結(jié)劑將FRP粘貼到鋼構(gòu)造損傷部位的外表，使一部分荷載通過粘結(jié)層傳遞到FRP上，降低了構(gòu)造損傷部位的應(yīng)力。粘貼FRP加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢：1FRP的比強(qiáng)度和比剛度高，加固后根本不增加原構(gòu)造的自重和原構(gòu)件的尺寸；2復(fù)合材料具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能；3柔性的復(fù)合材料對于任意封閉構(gòu)造和形狀復(fù)雜的被加固構(gòu)造外表具有特別的優(yōu)勢。密封性好

5、，減少了滲漏甚至腐蝕的隱患；4簡便易行、本錢低、效率高，在狹小空間亦可施工，特別合適現(xiàn)場修復(fù)；5施工過程中無明火，適用于各種特殊環(huán)境。2.3預(yù)應(yīng)力加固的優(yōu)點(diǎn)1加固工作可在不卸載、不停產(chǎn)的條件下進(jìn)展；2施加預(yù)應(yīng)力可直接減小變形，迅速消除超逾應(yīng)力和內(nèi)力峰值；3與非預(yù)應(yīng)力方式相比，可消除應(yīng)力滯后現(xiàn)象，充分利用FRP的高強(qiáng)特性，進(jìn)步加固效率。4結(jié)合可靠錨固，可降低粘結(jié)界面的剝離應(yīng)力，防止FRP整體剝落，進(jìn)步加固的可靠性；5降低加固費(fèi)用和使用本錢。3.預(yù)應(yīng)力FRP加固鋼構(gòu)造施工工藝及步驟預(yù)應(yīng)力FRP加固鋼構(gòu)造方案可分為兩種，一是直接粘貼法，將FRP兩端錨固并施加預(yù)應(yīng)力后，通過膠粘劑粘貼在鋼構(gòu)造的外表；一

6、般適用于構(gòu)件外表較平整的拉桿，對構(gòu)件或其部分進(jìn)展加固；二是將FRP束作為預(yù)應(yīng)力拉索調(diào)整應(yīng)力，一般適用于對整個(gè)構(gòu)造進(jìn)展整體加固。1、選材用于構(gòu)造加固用碳纖維主要選用PAN基碳纖維，極限強(qiáng)度可達(dá)3500pa，彈性模量約為2.35109pa.樹脂體系采用環(huán)氧類材料。2、設(shè)計(jì)根據(jù)待修補(bǔ)構(gòu)造的受力特點(diǎn)、傳力途徑和應(yīng)力-應(yīng)變場，確定FRP布的用量、尺寸和鋪設(shè)方向等。纖維方向應(yīng)盡量與損傷構(gòu)件中最大受力方向保持一致。假如損傷部位處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，那么纖維取向和鋪層順序應(yīng)盡量與控制主應(yīng)力方向一致。3、嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)鋼構(gòu)造加固的特殊性，需要一種簡便的預(yù)應(yīng)力施加方式，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力施加方式往往是先張拉后錨固，需要相對復(fù)雜的張拉機(jī)具，以及相應(yīng)的反力裝置。在錨固的時(shí)候，預(yù)應(yīng)力損失也比擬大。嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)，其特點(diǎn)就是先錨固后張拉，以構(gòu)件本身和先前的錨固作為張拉受力裝置，無需