碳纖維加固技術(shù)在磚混結(jié)構(gòu)加固中的應用

碳纖維加固技術(shù)在磚混結(jié)構(gòu)加固中的應用摘要：以一個工工程應用為例例介紹了碳纖纖維復合材料料（CFRP）在磚混結(jié)結(jié)構(gòu)加固中的的計算方法和和施工工藝。關(guān)鍵詞：碳纖維維復合材料磚混結(jié)構(gòu)加固技術(shù)APPLICAATIONOFCFPPRTOSTRENNGTHENNBRICCKWORKKSTRUUCTUREESAbstracct：ThemmethoddandtechnnicsoofCFRRPstrrengthheninggforbrickkworkstruccturessisiintrodducedbaseddonaanappplicattioneexamplleofreconnstrucctionenginneerinng.Keywordds：CFRP,brickkworkstruccturess,strrengthhenteechnollogy碳纖維增強聚合合物（CarboonFibberReiinforccedPoolymerr簡稱CFRP）是一種新新興的高強材材料，最早應應用于航空航航天等高科技技領域，近年年來在土木工工程領域中的的研究與應用用得到了迅速速發(fā)展。碳纖纖維增強聚合合物（也稱碳碳纖維增強塑塑料）由改性性環(huán)氧樹脂粘粘聚高抗拉強強度的碳纖維維束組成。采采用碳纖維布布加固具有以以下幾個優(yōu)點點：a、抗拉強度度高（抗拉強強度約為二級級鋼的十幾倍倍），效果好好；b、加固后能能大大提高結(jié)結(jié)構(gòu)的耐腐蝕蝕性及耐久性性；c、自重輕（約約200g//m2），基本不不增加結(jié)構(gòu)自自重及截面尺尺寸；柔性好好，易于裁剪剪，適用范圍圍廣，適合任任何形狀；d、施工簡便便（不需大型型施工機構(gòu)及及周轉(zhuǎn)材料），沒沒有濕作業(yè)，易易于操作，經(jīng)經(jīng)濟性好；e、施工工期期短。1、工程概況某市公安局干警警接待站建造造于80年代，屬屬于磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)，共六層，每每隔兩層布置置一層圈梁，即2、4、6層設有圈梁，設計時未進行抗震設防。1995年曾對2、4、6層周邊圈梁采用加大截面法對其進行抗震加固，并在轉(zhuǎn)角增設抗震柱。2000年5月，建筑物內(nèi)部改造，部分圈梁下承重墻需拆除，需對相應圈梁進行加固。經(jīng)過方案論證和經(jīng)濟技術(shù)可行性比較，決定采用碳纖維復合材料進行加固。加固平面如圖1所示。圖1加固固平面（2、4、6層圈梁）2、材料特性⑴本工程使用德德國進口的碳碳纖維布（UDO2000），其主要要性能指標見見表1：表1型號單位面積質(zhì)量（g·cm-22）設計厚度mm設計抗拉強度fcf/MMPa彈性模量Ecf/MMPaUDO2002000.11135342.28×1005⑵粘貼用樹脂采采用國產(chǎn)JGN型建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)膠，其主要要性能指示見見表2：表2種類拉伸強度MPa壓縮強度MPa剪切強度MPa適用溫度℃可使用時間min基底樹脂（JGN-E）---0～3815～30修補樹脂（LGN-F）＞28＞50＞180～38＞40粘結(jié)樹脂（JGN-D）＞28＞50＞180～38＞603、加固設計3.1基本假定定碳纖維材料加固固后混凝土梁梁的極限承載載力計算采用用如下基本假假定：（1）受拉區(qū)混混凝土的作用用忽略不計；；（2）梁受彎后后，混凝土、鋼鋼筋及碳纖維維應變符合平平截面假定；；（3）碳纖維材材料采用線彈彈性應力-應變關(guān)系：σcf=Ecf×εcf且εcf<0.01。3.2設計方法法實用公式根據(jù)極限狀態(tài)應應力應變關(guān)系系（圖2），由平衡衡條件可得：：當χ≥2a時時，fcmbx+ffyAs=fyAs+σAcf（1）Mu≤σAAcf(h-χ/2)+ffyAs(h0-χ/2)-ffyAs(χ/2-as)當χ<2a時時，fcmbx+ffyAs=fyAs+σAcf（2）Mu≤σAAcf(h--as)+fyAs(h0-as)圖2截面極極限狀態(tài)應力力示意圖式中Muu－包含初始始彎矩的總彎彎矩設計值Acf－受拉面面粘貼的碳纖纖維片材截面面面積;σ維強;、－、受受壓鋼筋截面面面積;fy、fy－和的、抗壓壓強度設計值值;規(guī)程公式根據(jù)《碳纖維片片材加固修復復混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（報報批稿）的規(guī)規(guī)定，當混凝凝土受壓區(qū)高高度x＞ξcfbh時，其極限限彎矩：M=fyAsxx(h0－x/2)+fyAs(h0－a’)+Ecf[εcf]Acf(h－h(huán)0)（3）當混凝土受壓區(qū)區(qū)高度2a≤x≤ξcfbh時，其極限限彎矩：M≤fyAs(h0-0.55gξcfbh)++Ecf[εcf]·AAcf（1-0.5ξcfb）（4）當混凝土受壓區(qū)區(qū)高度x＜2a時，其極限限彎矩：M=fyAss(h0-a)+Ecf[]Acf(h0-a)（5）其中，界限相對對受壓區(qū)高度度：ξcfb=0..8εcu/（εcu+[εcf]）（6）[]=km其中km=1-nfEt/420000（7）式中M－包含初始彎彎矩的總彎矩矩設計值Acf－受拉面面粘貼的碳纖纖維片材截面面面積;σ維強;、－、受受壓鋼筋截面面面積;fy、fy－和的、抗壓壓強度設計值值;Ecf維模ξcfb纖到應土發(fā)限區(qū)[]碳的變片減維數(shù)碳的εcu土變33.3梁加固設設計梁截面：b×hh=240mmm×3000mm，原梁配有As0=2226mm2As0=226mmm2設計彎矩：Muu=28Knn·m設計配筋As=4002mm2As=226mmm2按實用公式計算算（因為圈梁梁原配筋截斷斷位置不明，加加固計算中不不考慮原配筋筋作用）首先估算混凝土土受壓區(qū)高度度χ≈45.6mmm<2a＇=70mmm根據(jù)公式(2)),解得:Acf=46..34mm22按規(guī)程公式計算算（因為圈梁梁原配筋截斷斷位置不明，加加固計算中不不考慮原配筋筋作用）km=1-ncEt/420000=0..881[]=km=0..011取[]=0..01界限相對高度：：ξcfb=0..8×0.00033/(((0.00033+0..01)=00.19855χ≈52.2668mm<22a=70mmm根據(jù)公式（4），解解得：取Acf=466.34mmm2設計結(jié)論兩種計算公式（2）與（5）相比較，在在x＜2a’時，計算公公式是一致的的。在χ≥2a，規(guī)程公式式還區(qū)分χ<ξcfbh和ξcfbh≤χ的情況，本本設計采取在在梁底粘貼240mm寬碳纖維布布兩層（Acf=52..8mm2），可滿足足設計和使用用要求。3.4構(gòu)造做法法為了加強梁底碳碳纖維布的錨錨固及增加梁梁的抗剪能力力,在梁端每側(cè)側(cè)粘貼160mm寬U型箍1道,在主次梁相相交處每側(cè)粘粘貼160mm寬U型箍1道,具體做法如如圖3所示。4、加固施工一般工藝流程為為卸荷—基底處理—涂底膠—找平—粘貼—保護?？紤]本工程特殊殊施工環(huán)境因因素，加固中中應進行卸荷荷。加固前先先將板面粉刷刷層及板面雜雜物清除。本工程加固施工工中，應先鑿鑿開保護層直直至結(jié)構(gòu)層基基面，方可進進行下一步處處理。圖3廈門市公安局接待站-粘貼碳纖維加固圖圖3廈門市公安局接待站-粘貼碳纖維加固圖基本施工步驟：：⑴基底處理①混凝土表層出出現(xiàn)剝落、空空鼓、蜂窩、腐腐蝕等劣化現(xiàn)現(xiàn)象的部位應應予以鑿除，對對于較大面積積的劣質(zhì)層在在鑿除后應用用環(huán)氧砂漿進進行修復。②混凝土角磨機機、砂紙等機機具除去混凝凝土表面的浮浮漿、油污等等雜質(zhì)，構(gòu)件件基面的混凝凝土要打磨平平整，尤其是是表面的凸起起部位要磨平平，轉(zhuǎn)角粘貼貼處要進行倒倒角處理并打打磨成圓弧狀狀（R≥20mm）。③風機將混凝土土表面清理干干凈，并保持持干燥。⑵涂底膠①按配合比主劑劑∶固化劑＝3:1配置底膠。將將主劑與固化化劑先后置于于容器中，用用彈簧秤計量量，電動攪拌拌器均勻攪拌拌。根據(jù)現(xiàn)場場實際氣溫決決定用量并嚴嚴格控制使用用時間，一般般情況下20—50mim內(nèi)用完。②將底膠均勻涂涂刷于混凝土土表面，待膠膠固化后（固固化時間視現(xiàn)現(xiàn)場氣溫而定定，以指觸干干燥為準）再再進行下一工工序施工。一一般固化時間間為6—24h。⑶找平①混凝土表面凹凹陷部位應用用修補劑填平平，模板接頭頭等出現(xiàn)高度度差的部位應應用修補劑填填補，盡量減減小高度差。②轉(zhuǎn)角處也應用用修補劑修補補成光滑的圓圓弧，半徑不不小于20mm。待修補劑劑表面指觸干干燥后方可進進行下一步工工序。⑷粘貼①按設計要求的的尺寸裁剪碳碳纖維布。②調(diào)配、攪拌粘粘貼材料粘結(jié)結(jié)劑（使用方方法與底膠相相同），然后后均勻涂抹于于待粘貼的部部位，在搭接接、混凝土拐拐角等部位要要多涂刷一些些。涂刷厚度度要比底膠稍稍厚。嚴禁出出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象象，特別注意意要粘貼碳纖纖維的邊緣部部位。③粘貼碳纖維布布，在確定所所粘貼部位無無誤后，用特特制工具反復復沿纖維方向向滾壓，去除除氣泡，并使使粘結(jié)膠充分分浸透碳纖維維布；并用刮刮板刮涂碳纖纖維布表面粘粘結(jié)膠，使之之均勻。多層層粘貼應重復復上述步驟，待待碳纖維布表表面指觸干燥燥方可進行下下一層的粘貼貼。④在碳纖維布的的表面均勻涂涂抹粘結(jié)膠。用用工具反復沿沿纖維方向滾滾壓，并用刮刮板刮涂碳纖纖維布表面粘粘結(jié)膠，使之之均勻。⑤在最后一層碳碳纖維布的表表面均勻涂抹抹粘結(jié)膠。用用工具反復沿沿纖維方向滾滾壓，并用刮刮板刮涂碳纖纖維布表面粘粘結(jié)膠，使之之均勻。⑥碳纖維布沿纖纖維方向的搭搭接長度不得得小于200mm。⑸保護加固后的碳纖維維布表面采用用抹灰或噴防防火涂料進行行保護。⑹質(zhì)量要求①每一道工序結(jié)結(jié)束后均應按按工藝要求進進行檢查，并并做好相關(guān)的的驗收記錄，如如出現(xiàn)質(zhì)量問問題，應立即即返工。②施工結(jié)束后的的現(xiàn)場驗收以以評定碳纖維維布與混凝土土之間的粘結(jié)結(jié)質(zhì)量為主，用用小錘等工具具輕輕