J9九游会AG

您(nin)好,欢(huan)迎光临湖(hu)南J9九游会AG科技(ji)发展有限公司(si)官网(wang)! 设为J9九游会AG首页 - 收藏网站 - 在线留言 - 联系J9九游会AG
  • 24小时服务热线:

    400-860-8116
  • 全(quan)国(guo)服务热线:

    13875861116
您的位置: J9九游会AG首页 > 新闻动态 > 详情
碳纤维复合材料加固混凝土结构技术研究
时间:2021-04-29 15:53:39     来源:http://bloguedoido.com

1. 引 言
       很多建筑物由(you)于受到(dao)(dao)建造年(nian)代、结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)使用(yong)(yong)功能(neng)改(gai)变(bian)、技术条件或(huo)自然灾害等因素的(de)影(ying)响,出(chu)现承(cheng)载力不(bu)足、变(bian)形能(neng)力变(bian)差、抗震能(neng)力降低或(huo)抗疲(pi)劳能(neng)力下(xia)降等现象,不(bu)能(neng)满足现行《混凝土结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)设计(ji)规(gui)范(fan)》和(he)(he)《建筑结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)抗震设计(ji)规(gui)范(fan)》的(de)要求,因此,需(xu)要对其进行加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)、补(bu)强。我国在结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)和(he)(he)补(bu)强方(fang)(fang)面(mian)做了(le)大量的(de)研究和(he)(he)实(shi)践,工程中常用(yong)(yong)的(de)结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)方(fang)(fang)法(fa)(fa)有加(jia)(jia)(jia)(jia)大截(jie)面(mian)法(fa)(fa)、外包(bao)钢加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)法(fa)(fa)、预应力加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)法(fa)(fa)、粘(zhan)钢加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)法(fa)(fa)和(he)(he)粘(zhan)贴(tie)碳纤维(wei)复(fu)合材料加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)法(fa)(fa)等。传统的(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)方(fang)(fang)法(fa)(fa)整体(ti)水(shui)平(ping)比(bi)(bi)较(jiao)落后、施工方(fang)(fang)法(fa)(fa)和(he)(he)施工工艺(yi)比(bi)(bi)较(jiao)复(fu)杂(za),对结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)的(de)自重和(he)(he)使用(yong)(yong)面(mian)积(ji)有一定的(de)影(ying)响,而粘(zhan)贴(tie)碳纤维(wei)复(fu)合材料加(jia)(jia)(jia)(jia)固(gu)法(fa)(fa)具有高(gao)强高(gao)效、耐腐蚀、施工便捷、不(bu)增加(jia)(jia)(jia)(jia)结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)尺寸等优点,在工程中得到(dao)(dao)了(le)广泛的(de)应用(yong)(yong)[1].
     2. 碳纤维(wei)复(fu)合材料的优(you)良性能(neng)
       碳(tan)(tan)纤维复合材(cai)(cai)料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)加固(gu)混凝土结(jie)构(gou)(gou)技(ji)术是一种(zhong)新型、高效(xiao)的(de)结(jie)构(gou)(gou)加固(gu)技(ji)术。工程中采用(yong)的(de)碳(tan)(tan)纤维加固(gu)混凝土结(jie)构(gou)(gou)技(ji)术是利用(yong)树脂胶结(jie)材(cai)(cai)料,将碳(tan)(tan)纤维材(cai)(cai)料粘贴于(yu)混凝土结(jie)构(gou)(gou)表面(mian),以达到结(jie)构(gou)(gou)加固(gu)补强(qiang)及改善结(jie)构(gou)(gou)受(shou)力性(xing)能的(de)目(mu)的(de)。与传统的加固(gu)(gu)方(fang)法相比(bi),碳纤(xian)维加固(gu)(gu)技术(shu)具有(you)以(yi)下的优(you)良性能[1].
     (1)高(gao)强(qiang)度高(gao)弹(dan)性(xing)模量(liang)。碳(tan)纤维的(de)(de)(de)强(qiang)度高(gao),极限抗拉强(qiang)度约为(wei)钢材的(de)(de)(de)10 倍,弹(dan)性(xing)模量(liang)和(he)钢材相(xiang)近。因此,在加固修补混凝土结(jie)构中可以充分利(li)用(yong)其高(gao)强(qiang)度、高(gao)弹(dan)性(xing)模量(liang)的(de)(de)(de)特点来提高(gao)混凝土结(jie)构及(ji)构件的(de)(de)(de)承载力和(he)延性(xing),改(gai)善(shan)其受(shou)力性(xing)能(neng),达到加固修补的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。
     (2)抗腐(fu)蚀能力强(qiang)、耐久性(xing)好。碳纤维(wei)材(cai)料化学性(xing)质稳定,不与酸、碱、盐(yan)等化学物质发生(sheng)反应,因而碳纤维(wei)加固后(hou)的(de)钢筋混凝土结构具有良好的(de)抗腐(fu)蚀性(xing)和耐久性(xing),解决了(le)其他加固方法所遇到(dao)的(de)化学腐(fu)蚀问(wen)题;同时也免(mian)去了(le)粘钢加固所需的(de)定期防(fang)锈维(wei)护,节省维(wei)护费用。
     (3)热膨胀(zhang)(zhang)系数(shu)小。碳纤维(wei)材(cai)料(liao)的(de)(de)热膨胀(zhang)(zhang)系数(shu)非常小,其在纤维(wei)方向的(de)(de)热膨胀(zhang)(zhang)系数(shu)几乎等于(yu)零,这一(yi)特性是目前(qian)其他任何材(cai)料(liao)无可比拟的(de)(de),垂(chui)直于(yu)纤维(wei)方向的(de)(de)热膨胀(zhang)(zhang)系数(shu)虽然比较(jiao)大,但各向同性制品与(yu)其它材(cai)料(liao)相比又最小。
     (4)施(shi)工(gong)(gong)简便,工(gong)(gong)作效率(lv)高。碳(tan)纤(xian)维(wei)布加(jia)固(gu)(gu)不需要大型施(shi)工(gong)(gong)机械(xie)和(he)重型设(she)(she)备,施(shi)工(gong)(gong)占用场地(di)少(shao),无湿作业(ye),碳(tan)纤(xian)维(wei)布柔性好,可以根据设(she)(she)计尺寸用剪刀(dao)或刀(dao)片将(jiang)其任意(yi)裁(cai)剪,操作简单,施(shi)工(gong)(gong)速度快。据有(you)关资(zi)料统计,粘贴(tie)碳(tan)纤(xian)维(wei)的加(jia)固(gu)(gu)工(gong)(gong)效是粘贴(tie)钢板(ban)加(jia)固(gu)(gu)工(gong)(gong)效的4~8 倍。
     (5)施工质量易于保证。碳纤维布是柔性材料,即使被加固构件(jian)的表面不是非常平整,经过(guo)修(xiu)补后,有效粘贴率可达(da)到95%以上。
     (6)对(dui)结构(gou)影(ying)响(xiang)小。碳纤维材料重量轻,厚度薄,经加(jia)(jia)固(gu)修补后(hou)的构(gou)件,基本(ben)上不增加(jia)(jia)原结构(gou)的自重及尺寸,不影(ying)响(xiang)结构(gou)的使用(yong)空间。
     (7)适用范围广。可用于不(bu)(bu)同(tong)结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)类型(如(ru)建筑(zhu)物(wu)、构(gou)(gou)(gou)(gou)筑(zhu)物(wu)、桥(qiao)梁(liang)、隧道(dao)、涵洞等)、不(bu)(bu)同(tong)结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)形(xing)状(如(ru)矩形(xing)、圆(yuan)形(xing)、曲面(mian)结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)等)、不(bu)(bu)同(tong)材料的(de)(de)构(gou)(gou)(gou)(gou)件(如(ru)混凝土(tu)结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)、木(mu)结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)、钢结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)等)加固(gu),也可用于构(gou)(gou)(gou)(gou)件的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)部位(如(ru)梁(liang)、板(ban)、柱(zhu)、节点、拱、壳(qiao)、墩(dun)等)及不(bu)(bu)同(tong)薄弱因素的(de)(de)加固(gu)。尤(you)其重要的(de)(de)是,对于一(yi)些大型土(tu)木(mu)工程结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou),如(ru)大型桥(qiao)梁(liang)的(de)(de)桥(qiao)墩(dun)、梁(liang)及桥(qiao)面(mian)板(ban),3. 碳纤(xian)维(wei)复合(he)材料加固(gu)混凝土(tu)结(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)研(yan)究
在实际工(gong)程(cheng)中,用(yong)来(lai)加固(gu)的碳纤维材(cai)料主要(yao)是(shi)碳纤维布。

3.碳纤维布(bu)加固(gu)技(ji)术在混凝(ning)土结构中(zhong)的(de)应(ying)用已较成熟,主要集中(zhong)在以下几个方(fang)面:

(1)提高受剪承载力

 碳(tan)纤维(wei)布(bu)(bu)对构件抗剪的(de)贡献类似于箍筋的(de)作(zuo)用(yong),与混凝(ning)土共同(tong)承(cheng)受剪力(li)。另外,碳(tan)纤维(wei)布(bu)(bu)具有对核(he)心混凝(ning)土的(de)约束作(zuo)用(yong),并能(neng)(neng)承(cheng)担拉应(ying)力(li),防止主筋过早屈服,抑制剪切裂缝的(de)出现和(he)发展。因此,碳(tan)纤维(wei)布(bu)(bu)可以明显提高钢(gang)筋混凝(ning)土构件的(de)受剪承(cheng)载力(li),增(zeng)强构件的(de)变形能(neng)(neng)力(li)。影响受剪加固效果的(de)主要(yao)因素有碳(tan)纤维(wei)布(bu)(bu)的(de)材料性(xing)能(neng)(neng)、碳(tan)纤维(wei)布(bu)(bu)的(de)宽(kuan)度和(he)层(ceng)数、粘(zhan)结剂质量、粘(zhan)贴质量、剪跨比、加固前构件的(de)受荷情况、锚固方式等[2、3].

(2)提高受(shou)弯(wan)承(cheng)载(zai)力(li)

由于碳(tan)(tan)纤维布(bu)具有抗拉(la)强度(du)高(gao)(gao)的特性,可以将(jiang)碳(tan)(tan)纤维布(bu)粘贴(tie)在(zai)构(gou)件(jian)(jian)的受(shou)(shou)拉(la)表层(ceng),使之与(yu)混凝土(tu)共同承担拉(la)应(ying)力,以提高(gao)(gao)构(gou)件(jian)(jian)的受(shou)(shou)弯(wan)承载力,达到加(jia)固(gu)(gu)补强的目的。粘贴(tie)碳(tan)(tan)纤维布(bu)后,受(shou)(shou)弯(wan)构(gou)件(jian)(jian)的受(shou)(shou)弯(wan)承载能(neng)力明显(xian)提高(gao)(gao),有效(xiao)的抑(yi)制(zhi)了裂缝的开(kai)展,构(gou)件(jian)(jian)的变(bian)形能(neng)力和延性性能(neng)得到显(xian)著改善[4].影(ying)响受(shou)(shou)弯(wan)加(jia)固(gu)(gu)效(xiao)果的主要因素有碳(tan)(tan)纤维布(bu)的材料(liao)性能(neng)、碳(tan)(tan)纤维布(bu)的宽度(du)和层(ceng)数(shu)、粘结剂质(zhi)(zhi)量(liang)、粘贴(tie)质(zhi)(zhi)量(liang)、加(jia)固(gu)(gu)前构(gou)件(jian)(jian)的受(shou)(shou)荷(he)情况、纵筋(jin)配筋(jin)率、构(gou)件(jian)(jian)截面尺寸等[4、5].
     (3)提高(gao)抗(kang)震能力
      由于(yu)碳(tan)(tan)纤(xian)(xian)维(wei)(wei)布(bu)能(neng)(neng)(neng)够约(yue)束构(gou)(gou)件(jian)的(de)开裂,提高(gao)构(gou)(gou)件(jian)的(de)刚度和(he)(he)(he)抵抗(kang)(kang)(kang)变形的(de)能(neng)(neng)(neng)力(li),当(dang)需要提高(gao)构(gou)(gou)件(jian)的(de)抗(kang)(kang)(kang)震(zhen)(zhen)能(neng)(neng)(neng)力(li)时,亦可用(yong)碳(tan)(tan)纤(xian)(xian)维(wei)(wei)布(bu)进(jin)行(xing)增(zeng)强和(he)(he)(he)增(zeng)韧(ren)。尤其(qi)对于(yu)钢筋混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)土(tu)梁柱(zhu)节点和(he)(he)(he)受(shou)轴(zhou)向力(li)作用(yong)的(de)钢筋混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)土(tu)柱(zhu),往往要求(qiu)进(jin)行(xing)构(gou)(gou)件(jian)的(de)抗(kang)(kang)(kang)震(zhen)(zhen)设计(ji)。采(cai)用(yong)碳(tan)(tan)纤(xian)(xian)维(wei)(wei)布(bu)粘贴于(yu)梁柱(zhu)节点范(fan)围,或对钢筋混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)土(tu)柱(zhu)进(jin)行(xing)包裹,可以明(ming)显改善结构(gou)(gou)中(zhong)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)土(tu)构(gou)(gou)件(jian)的(de)延性,增(zeng)加耗能(neng)(neng)(neng)能(neng)(neng)(neng)力(li),具有良好的(de)抗(kang)(kang)(kang)震(zhen)(zhen)加固(gu)(gu)效果[6].此(ci)时,应考虑(lv)轴(zhou)压比、碳(tan)(tan)纤(xian)(xian)维(wei)(wei)布(bu)用(yong)量、配(pei)箍率、长细比等因素对碳(tan)(tan)纤(xian)(xian)维(wei)(wei)布(bu)加固(gu)(gu)构(gou)(gou)件(jian)的(de)变形能(neng)(neng)(neng)力(li)和(he)(he)(he)抗(kang)(kang)(kang)震(zhen)(zhen)性能(neng)(neng)(neng)的(de)影(ying)响。
      (4)提高抗疲劳能力
       对(dui)于(yu)承受动(dong)力荷载(zai)或重(zhong)复荷载(zai)的(de)(de)(de)(de)构(gou)件(jian)(jian),设计(ji)时要求具(ju)(ju)有(you)足够的(de)(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)疲(pi)(pi)劳性能(neng)(neng),抗(kang)(kang)(kang)疲(pi)(pi)劳能(neng)(neng)力的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)(da)小与其截(jie)面(mian)尺寸、配(pei)筋(jin)率、纵筋(jin)类型和荷载(zai)级(ji)别(bie)等有(you)关。用(yong)(yong)碳(tan)(tan)纤维布进行钢筋(jin)混凝土(tu)梁(liang)和预(yu)(yu)应(ying)(ying)力钢筋(jin)混凝土(tu)梁(liang)的(de)(de)(de)(de)加固,经200 万次(ci)重(zhong)复荷载(zai)作用(yong)(yong)后,加固构(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)强(qiang)度和刚度不会降低,也(ye)不会发生剥落和脆断现(xian)象[7].如果采用(yong)(yong)预(yu)(yu)应(ying)(ying)力碳(tan)(tan)纤维布加固的(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi),预(yu)(yu)应(ying)(ying)力碳(tan)(tan)纤维布的(de)(de)(de)(de)存在(zai),使(shi)构(gou)件(jian)(jian)中纵筋(jin)的(de)(de)(de)(de)应(ying)(ying)力幅值有(you)所(suo)(suo)(suo)降低,减少了发生疲(pi)(pi)劳破坏的(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)。而始终处(chu)于(yu)高(gao)应(ying)(ying)力状态的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)纤维布具(ju)(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)疲(pi)(pi)劳性能(neng)(neng)。其综合效应(ying)(ying)使(shi)所(suo)(suo)(suo)加固构(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)疲(pi)(pi)劳寿命(ming)大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)提高(gao),疲(pi)(pi)劳变形(xing)有(you)所(suo)(suo)(suo)减小,构(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)疲(pi)(pi)劳抗(kang)(kang)(kang)裂性能(neng)(neng)得(de)到较大(da)(da)(da)提高(gao),从而延长(zhang)构(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)寿命(ming)。
       4. 结 论
       碳(tan)(tan)纤(xian)维复(fu)合材料(liao)的(de)(de)(de)耐久性(xing)(xing)好,抵抗(kang)酸(suan)、碱(jian)腐蚀(shi)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)强,对原结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)影响较小,施工方便,具有其他加固(gu)手(shou)段(duan)所不(bu)具备的(de)(de)(de)优点。用(yong)碳(tan)(tan)纤(xian)维复(fu)合材料(liao)进行(xing)混(hun)凝土结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)加固(gu),可以有效(xiao)的(de)(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)混(hun)凝土结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)承载(zai)能(neng)(neng)力(li),改善结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)变形性(xing)(xing)能(neng)(neng),增强结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)抗(kang)震能(neng)(neng)力(li),提(ti)(ti)高(gao)结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)抗(kang)疲(pi)劳性(xing)(xing)能(neng)(neng),综合加固(gu)效(xiao)果显著。但是,碳(tan)(tan)纤(xian)维复(fu)合材料(liao)加固(gu)混(hun)凝土结(jie)构(gou)(gou)技术仍存(cun)在一(yi)些不(bu)足之处。
     (1)碳纤(xian)维是一种线弹(dan)性脆性材(cai)料,只(zhi)有(you)当(dang)构件(jian)发(fa)生较大(da)变(bian)形(xing)时,才能充分发(fa)挥其高强高弹(dan)模的(de)(de)性能。而混凝土结构对(dui)变(bian)形(xing)有(you)比较严(yan)格(ge)的(de)(de)控制(zhi),在(zai)一定程(cheng)度上限制(zhi)了(le)碳纤(xian)维复合材(cai)料能力的(de)(de)发(fa)挥。
     (2)碳纤维布加固混(hun)凝土结构后,容易发生粘贴剥离破坏(huai),使加固后混(hun)凝土结构呈现明(ming)显(xian)的(de)(de)脆(cui)性破坏(huai)形态,对结构的(de)(de)可(ke)靠度水平有所(suo)影响。
     (3)目前对碳纤维(wei)复合材料加固混凝土结构在(zai)长期荷(he)载、冲击荷(he)载作(zuo)用(yong)下受力(li)性能的研(yan)究(jiu)较少(shao),在(zai)类似方面应用(yong)时应有(you)专门研(yan)究(jiu)。
     (4)对(dui)于(yu)碳纤维(wei)材料(liao)加固(gu)混凝土梁、柱的(de)抗(kang)剪及抗(kang)弯加固(gu)机理(li)(li)和计算(suan)方法已有(you)了(le)成熟的(de)研(yan)究和应用(yong)成果,但对(dui)碳纤维(wei)材料(liao)加固(gu)剪力墙等方面的(de)研(yan)究理(li)(li)论(lun)还较(jiao)缺乏(fa)。
     (5)进行碳纤维复合(he)材料加固(gu)时,采用建筑结(jie)(jie)构(gou)胶(jiao)作(zuo)为碳纤维复合(he)材料和混(hun)凝(ning)土结(jie)(jie)构(gou)的(de)粘结(jie)(jie)剂(ji),该粘结(jie)(jie)剂(ji)对温度比较(jiao)敏感(gan),使加固(gu)构(gou)件的(de)受力性能受温度的(de)影响较(jiao)大,应进一步(bu)加强该方面的(de)研(yan)究工作(zuo)。
总(zong)之(zhi),碳纤维材(cai)料加固(gu)技术具(ju)有(you)与其(qi)它传统加固(gu)方(fang)法无法比拟的(de)优越(yue)性及良好的(de)经(jing)济效益、社会(hui)效益和环境效益,随着碳纤维材(cai)料成本的(de)降低及国内(nei)外研究(jiu)的(de)不断(duan)深入,该(gai)项技术在混凝土结构(gou)加固(gu)领域中的(de)应用会(hui)越(yue)来越(yue)广(guang)泛,具(ju)有(you)广(guang)阔的(de)发展前景。

【返回】