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介紹碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)

2022-05-01 16:28:47廣州秦漢工程技術(shù)有限公司

碳纖維加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國起步較晚，但最近幾年系統(tǒng)的對(duì)碳纖維用于加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究也呈現(xiàn)不斷發(fā)展的趨勢(shì)，最初僅有國家工業(yè)建筑診斷與工程技術(shù)研究中心一個(gè)單位，相繼有清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、東南大學(xué)、大連理工大學(xué)等十余家高等學(xué)校和科研設(shè)計(jì)單位嘗試地進(jìn)行過國產(chǎn)和進(jìn)口碳纖維織物加固混凝土構(gòu)件主要包括板、梁、柱等的模型實(shí)驗(yàn)、加固施工工藝及加固性能評(píng)價(jià)等方面的研究，已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性成果，并在工業(yè)與民用建筑、橋梁與隧道以及公路工程中得到具體的應(yīng)用，收到了良好的效果，現(xiàn)在部分單位著手從事纖維增強(qiáng)材料加固混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范的研究。

該課題已列入建設(shè)部研究開發(fā)課題及國家科技部“九五”重點(diǎn)攻關(guān)課題。目前這項(xiàng)工作還處于剛剛起步階段。自1997年5月，國家工程中心已制作了一些試件，分為20余個(gè)工況，取得了構(gòu)件抗彎、抗剪和抗壓等一些有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了多項(xiàng)工程的試點(diǎn)，相信碳纖維增強(qiáng)材料在國內(nèi)將有廣闊的發(fā)展前景。

目前國內(nèi)的PAN基碳纖維強(qiáng)度一般在2000～3000Mpa 之間，彈性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本滿足加固要求，碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究開發(fā)成功后，將會(huì)給土木建筑領(lǐng)域加固改造技術(shù)帶來重大變革，采用碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)將比以往從傳統(tǒng)的技術(shù)更優(yōu)越、更有效率和更方便經(jīng)濟(jì)，可以解決傳統(tǒng)的加固方法不能解決的技術(shù)問題，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究開發(fā)成功，將為碳纖維材料及其它高性能纖維材料應(yīng)用于建筑業(yè)打下深厚的基礎(chǔ)。

到目前為止，碳纖維片材在混凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的受彎加固、受剪加固和柱的抗震加固中研究和應(yīng)用最多，相應(yīng)計(jì)算理論也較為成熟。在受彎加固時(shí)，應(yīng)使碳纖維的纖維方向與受拉區(qū)的拉應(yīng)力方向一致，在受剪加固時(shí)，應(yīng)使碳纖維的纖維方向與混凝土中主拉應(yīng)力方向一致，但為了施工方便，可采用纖維方向與構(gòu)件縱軸垂直的方法進(jìn)行加固，抗震加固時(shí)，應(yīng)使碳纖維布封閉纏繞在柱上，可以較好地提高抗震性能，除此以外，碳纖維也可沿構(gòu)件軸向粘貼用于受拉構(gòu)件的加固、沿環(huán)向粘貼用于軸心受壓構(gòu)件的加固，在受彎加固時(shí)，也可采用對(duì)碳纖維施加預(yù)應(yīng)力的方法以提高加固效果，碳纖維也可用于剪力墻，以及殼體、筒倉、煙囪等特種結(jié)構(gòu)的加固，這些加固方法經(jīng)研究表明是有效的。

碳纖維加固與粘鋼加固能否互換?如何互換?

粘貼碳纖維和粘貼鋼板形式、加固機(jī)理均較類似，本質(zhì)上相當(dāng)于增加構(gòu)件配筋，在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。如果碳纖維布抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為2000Mpa，鋼材(Q235)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為200Mpa，可按照0.1mm厚碳纖維布相當(dāng)于1mm厚鋼板的原則代換。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1、由于碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，達(dá)到同樣的抗拉強(qiáng)度，鋼材截面要大的多，所以粘鋼加固提高構(gòu)件剛度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說，若補(bǔ)充同樣的抗彎能力，構(gòu)件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于碳纖維加固；

2、鋼板上由于可以焊接錨筋，后鉆孔影響也較小，所以錨固方式較粘碳纖維靈活；

3、碳纖維輕、薄、施工簡便，和粘鋼相比，不易發(fā)生剝離和疲勞破壞；

4、碳纖維和鋼材相比，屬惰性材料，不易被有害介質(zhì)腐蝕。