用碳纖維cfrp鑲嵌法加固砼梁
發布時間:2014-07-15
用碳纖維粘貼在梁底進行加固時,需對梁底砼進行認真處理,粘貼不好會出現開膠剝落現象。 鑲嵌法是把碳纖維做成矩形棒,將它嵌入用鋸開好的溝槽內,再用膠粘結。這種辦法不用處理梁底砼保護層。由於它有3個麵與砼結合,故傳力性能好。纖維棒藏於砼內,可以產生很好的耐久性。
所有結構都有其使用功能和預期壽命,橋梁也是如此,它們經曆著不同的老化和破壞進程。除了客觀上的破壞原因外,還可能在設計、施shi工gong時shi就jiu埋mai下xia了le隱yin患huan。此ci外wai,交jiao通tong部bu不bu斷duan提ti出chu的de新xin標biao準zhun,也ye需xu要yao橋qiao梁liang結jie構gou不bu斷duan升sheng級ji換huan代dai。在zai橋qiao梁liang進jin入ru病bing態tai時shi,要yao使shi其qi結jie構gou能neng夠gou繼ji續xu安an全quan使shi用yong,則ze必bi須xu采cai取qu一yi定ding的de措cuo施shi進jin行xing加jia固gu補bu強qiang。
碳纖維CFRP是整個土木工程界使用最為廣泛且熱門的加固材料,該項
加固技術興起於20世紀80年代,於90年代後期在我國迅速發展起來,國內外很多科研單位和高校就碳纖維CFRP加固砼構件這項新技術進行了大量研究。隨著試驗研究的深入,該項
加固技術的適用範圍和應用技術也在不斷擴大和改進,CFRP加固梁的做法在橋
梁加固中得到了迅速普及。大量實踐證明,這是一種非常有效的方法,對砼結構起到了很好的加固效果。
碳纖維CFRP材料性能
碳纖維CFRP一般是直徑為5μm~20μm的連續纖維,基材由樹脂和固化劑組成,用樹脂(內加固化劑)浸潤碳纖維,待樹脂固化後便形成了碳纖維增強塑料,簡稱CFRP。其特性是:密度小、,為普通
鋼材的1/6;強度高,抗拉強度約為普通鋼筋的4倍~6倍;抗腐蝕性能好,強度不受酸堿腐蝕介質的影響;抗疲勞性能優良,疲勞壽命普遍高於
鋼材;溫普係數和砼相當,彈性模量和
鋼材相近;極限延伸率1%。
粘貼加固的特點及方法
粘貼
碳纖維布加固指采用高性能粘結劑將
碳纖維布粘貼在結構件表麵,使粘結後構件和
碳纖維布兩者共同作用,提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力,由此達到對
結構加固、補強的目的。
CFRP的比強度(一般為普通
鋼材的10倍)和剛度高;自重輕(約200g/?),加固後基本不增加原結構的自重和原構件的尺寸;柔性好,對於任意封閉結構和形狀複雜的被加固結構表麵具有特別的優勢;具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能;密封性好,減少了
滲漏甚至腐蝕的隱患;施工簡便,效率高,在狹小空間亦可施工,特別適合現場修複;施工過程中無明火,適用於各種特殊環境。
CFRP加固結構方案可分為兩種:一是傳統的直接粘貼法,將CFRP兩端錨固並施加預應力後,通過膠粘劑粘貼在鋼結構的表麵,一般適用於構件表麵較平整的拉杆,對構件或其局部進行加固;二是鑲嵌法,將CFRP束作為預應力拉索調整應力,一般適用於整個結構進行整體加固。
鑲嵌法加固砼結構
常(chang)規(gui)的(de)辦(ban)法(fa)是(shi)將(jiang)纖(xian)維(wei)布(bu)貼(tie)在(zai)梁(liang)底(di)麵(mian),而(er)鑲(xiang)嵌(qian)法(fa)是(shi)將(jiang)碳(tan)纖(xian)維(wei)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)製(zhi)成(cheng)矩(ju)形(xing)棒(bang),然(ran)後(hou)鑲(xiang)嵌(qian)進(jin)事(shi)先(xian)在(zai)保(bao)護(hu)層(ceng)內(nei)鋸(ju)好(hao)的(de)溝(gou)槽(cao)內(nei)。顯(xian)然(ran),碳(tan)纖(xian)維(wei)棒(bang)藏(zang)在(zai)砼(tong)內(nei),受(shou)到(dao)了(le)很(hen)好(hao)的(de)保(bao)護(hu)。另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)優(you)點(dian)是(shi),砼(tong)表(biao)麵(mian)沒(mei)有(you)被(bei)完(wan)全(quan)遮(zhe)蓋(gai),避(bi)免(mian)出(chu)現(xian)濕(shi)氣(qi)不(bu)能(neng)逸(yi)出(chu)而(er)使(shi)砼(tong)遭(zao)到(dao)凍(dong)融(rong)破(po)壞(huai)。采(cai)用(yong)鑲(xiang)嵌(qian)法(fa)時(shi),3個ge麵mian同tong時shi與yu砼tong表biao麵mian接jie觸chu,而er原yuan先xian在zai表biao麵mian粘zhan貼tie時shi隻zhi有you一yi個ge麵mian接jie觸chu。顯xian然ran,它ta是shi在zai傳chuan遞di剪jian力li時shi更geng有you效xiao。這zhe裏li必bi需xu著zhe重zhong指zhi出chu,施shi工gong時shi必bi須xu保bao證zheng碳tan纖xian維wei棒bang和he砼tong有you很hen好hao的de粘zhan結jie,這zhe一yi方fang麵mian要yao依yi賴lai粘zhan貼tie工gong藝yi,同tong時shi也ye依yi賴lai於yu被bei加jia固gu構gou件jian的de質zhi量liang。
將jiang碳tan纖xian維wei棒bang嵌qian入ru砼tong內nei,可ke以yi保bao證zheng兩liang種zhong材cai料liao之zhi間jian暴bao力li行xing動dong的de傳chuan遞di。棒bang的de幾ji何he尺chi寸cun和he間jian距ju會hui影ying響xiang傳chuan力li麵mian積ji的de大da小xiao,如ru果guo棒bang的de距ju離li太tai小xiao,可ke能neng會hui由you於yu兩liang棒bang之zhi間jian的de相xiang互hu作zuo用yong而er破po壞huai,也ye可ke能neng和he原yuan有you的de鋼gang筋jin相xiang互hu作zuo用yong而er破po壞huai。
在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)粘(zhan)貼(tie)方(fang)法(fa)中(zhong),要(yao)先(xian)對(dui)砼(tong)保(bao)護(hu)層(ceng)進(jin)行(xing)認(ren)真(zhen)處(chu)理(li)。砼(tong)的(de)砂(sha)漿(jiang)層(ceng)要(yao)去(qu)掉(diao),需(xu)要(yao)露(lu)出(chu)集(ji)料(liao)來(lai),之(zhi)後(hou)才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)粘(zhan)貼(tie),以(yi)保(bao)證(zheng)它(ta)們(men)的(de)有(you)效(xiao)結(jie)合(he)。在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia),采(cai)用(yong)噴(pen)砂(sha)的(de)辦(ban)法(fa)實(shi)施(shi),這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)雖(sui)然(ran)不(bu)複(fu)雜(za),但(dan)對(dui)表(biao)麵(mian)非(fei)常(chang)不(bu)規(gui)則(ze)的(de)情(qing)況(kuang),單(dan)靠(kao)噴(pen)砂(sha)則(ze)不(bu)足(zu)以(yi)使(shi)表(biao)麵(mian)平(ping)整(zheng)。
如果把加固材料嵌入保護層內的溝槽中,則不需要進行表麵處理。隻需用壓力水(大約150pa)將鋸好的溝槽清洗幹淨,就可以形成一道順直的、具有粗糙麵的溝槽。
這zhe種zhong工gong藝yi,除chu增zeng強qiang了le力li的de傳chuan遞di能neng力li外wai,還hai增zeng加jia了le它ta的de耐nai久jiu性xing,減jian少shao了le橋qiao下xia撞zhuang擊ji的de危wei險xian。如ru果guo不bu是shi嵌qian入ru而er是shi外wai露lu在zai梁liang的de表biao麵mian,一yi旦dan被bei車che輛liang撞zhuang擊ji,或huo遇yu火huo災zai、偷竊等事件時,會對結構造成嚴重後果。
施加預應力
zhibatanxianweibangqianrugoucaojinxingzhanjie,jiagucailiaoshibeidongshouli,jigangzhanshangqudecailiaobingbushouli,zhiyouhuozaishangquhoucaihuishouli。bianbeidongweizhudongdebanfashigeitanxianweibangshijiayuyingli,shijiayuyingliyou4個好處:充分利用了加固材料的強度;使砼裂縫變小、分布均勻;為鋼筋卸載;提高鋼筋的屈服荷載,即提高結構的承載力。
在正常使用階段,減小裂縫寬度,裂縫間距變小、變bian均jun勻yun,這zhe對dui結jie構gou的de使shi用yong性xing能neng極ji為wei重zhong要yao,還hai提ti高gao了le結jie構gou的de耐nai久jiu性xing和he剛gang度du。研yan究jiu表biao明ming,這zhe種zhong加jia固gu辦ban法fa可ke使shi原yuan有you鋼gang筋jin卸xie載zai,可ke以yi提ti高gao鋼gang筋jin的de屈qu服fu荷he載zai25%~50%,還可以提高砼的開裂荷載。
施加預應力的步驟為:首先用鋸在梁底開槽15?×15?,清理溝槽中的汙物和小顆粒;在溝槽內塗抹充足的粘結劑;將正方形的碳纖維棒(10?×10?)嵌入槽內,修整擠出的粘結劑;張拉碳纖維棒並保持張拉力;持荷5天後放張。這種工藝屬於先張法,兩端不設金屬錨具,放張後通過粘結劑把力傳給大梁,使梁底胺壓,梁頂受拉。
幾點認識
通過足量試驗表明,將碳纖維棒嵌入砼保護層內加固砼結構的辦法是可行的。它具有傳力性能好、耐久性好的優點,在防火、防盜、防fang撞zhuang擊ji等deng主zhu麵mian可ke以yi對dui加jia固gu材cai料liao進jin行xing很hen好hao的de保bao護hu。可ke以yi安an排pai預yu應ying力li進jin行xing加jia固gu,也ye可ke以yi施shi加jia預yu應ying力li。它ta能neng使shi砼tong的de開kai裂lie荷he載zai和he鋼gang筋jin的de屈qu服fu荷he載zai大da幅fu度du提ti高gao,使shi裂lie縫feng變bian小xiao、變密,對改善使用性能和延長使用年限起著重要的作用。
毋庸置疑,CFRP加(jia)固(gu)法(fa)在(zai)經(jing)濟(ji)上(shang)的(de)優(you)勢(shi)給(gei)它(ta)的(de)發(fa)展(zhan)提(ti)供(gong)了(le)廣(guang)闊(kuo)的(de)空(kong)間(jian)。然(ran)而(er),采(cai)用(yong)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)理(li)解(jie)這(zhe)種(zhong)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)和(he)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng),還(hai)要(yao)繼(ji)續(xu)改(gai)進(jin)粘(zhan)貼(tie)工(gong)藝(yi)。要(yao)特(te)別(bie)強(qiang)調(tiao)的(de)是(shi),隻(zhi)有(you)把(ba)加(jia)固(gu)材(cai)料(liao)和(he)被(bei)加(jia)固(gu)構(gou)件(jian)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)整(zheng)體(ti)結(jie)構(gou),才(cai)會(hui)取(qu)得(de)理(li)想(xiang)的(de)效(xiao)果(guo)。目(mu)前(qian),大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)采(cai)用(yong)“無稍大力”的(de)纖(xian)維(wei)布(bu)進(jin)行(xing)加(jia)固(gu),即(ji)纖(xian)維(wei)布(bu)剛(gang)貼(tie)上(shang)去(qu)的(de)時(shi)候(hou)是(shi)不(bu)胺(an)力(li)的(de),這(zhe)雖(sui)然(ran)也(ye)能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)結(jie)構(gou)的(de)承(cheng)載(zai)力(li),但(dan)碳(tan)纖(xian)維(wei)的(de)強(qiang)度(du)沒(mei)能(neng)得(de)到(dao)充(chong)分(fen)的(de)利(li)用(yong)。隻(zhi)有(you)對(dui)碳(tan)纖(xian)維(wei)施(shi)加(jia)預(yu)應(ying)力(li),結(jie)構(gou)才(cai)能(neng)獲(huo)得(de)更(geng)好(hao)的(de)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)。