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        碳纖維加固梁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究

        2015-05-30 10:03:13唐瓊張博
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年17期
        關(guān)鍵詞:梁板碳纖維混凝土

        唐瓊 張博

        摘 要:碳纖維增強(qiáng)材料是近些年來新興的一種性能優(yōu)越的材料,主要用于加固混凝土結(jié)構(gòu),由于在力學(xué)方面有其特殊、優(yōu)越的性能在應(yīng)用方面越來越受重視,被譽(yù)為結(jié)構(gòu)加固之星。在很多施工過程中,碳纖維在加固混凝土結(jié)構(gòu)方法上不僅增大了結(jié)構(gòu)厚度,另外節(jié)省了建筑空間和建筑自重,保留了原有建筑設(shè)計(jì)布局,同時(shí)也大大縮短了建設(shè)工期,文章就碳纖維在加固梁板結(jié)構(gòu)中的一些應(yīng)用問題進(jìn)行研究,針對(duì)一些常見問題提出了解決措施和思路,供同行參考。

        關(guān)鍵詞:碳纖維;梁板;混凝土

        碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是采用配套膠粘劑將碳纖維布粘貼于混凝土表面,起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固的作用。廣泛適用于建筑物梁、板、柱、墻的加固,并可用于橋梁、隧道等其它土木工程的加固補(bǔ)強(qiáng)。裂縫處置并灌漿,結(jié)合粘鋼法加固處理,增強(qiáng)了屋架上弦的剛度,已廣泛地應(yīng)用于已有建筑物的加固改造工程中。具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外,還具有耐腐蝕、耐潮濕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn),但需要專門的防火處理,適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。

        1 梁板承載結(jié)構(gòu)常見問題

        梁、板等受彎構(gòu)件承載力不足在設(shè)計(jì)方面最主要的原因是受力計(jì)算情況不符合,或者計(jì)算荷載漏算、錯(cuò)算。嚴(yán)重超載也可能導(dǎo)致梁板承載力不足,由于施工過程中混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,或因配鋼筋不合適導(dǎo)致梁板抗彎能力不足等。另外就是地基由于其他的一些原因出現(xiàn)沉降產(chǎn)生了附加的一些應(yīng)力,在處理此應(yīng)力時(shí)采用一些不合適的器件,反而對(duì)梁板造成了不利的影響。如在處理應(yīng)力時(shí)在梁板上增加薄腹梁,雖然可以平衡應(yīng)力的作用,自重也為增加多少,但是有些薄腹梁會(huì)出現(xiàn)斜裂紋,導(dǎo)致梁板元件銹蝕,耐久性受到較大影響,嚴(yán)重者可能導(dǎo)致梁板斷裂,影響梁板的承載能力。導(dǎo)致上述情況的原因,有些是錨固搭接長度不夠或者荷載的變化影響。梁板承載加固的主要目的是補(bǔ)強(qiáng)加固提高構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度、耐久性。

        2 梁板結(jié)構(gòu)加固

        對(duì)已建的梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理加固和未加固的一般結(jié)構(gòu)梁板在受力性方面有較大的差異,其一是加固結(jié)構(gòu)相當(dāng)于二次處理、二次受力,結(jié)構(gòu)在原有受力基礎(chǔ)上又要二次受力,原結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)變形彎曲,還有就是加固時(shí)并沒有將原載荷卸下,相當(dāng)于二次加壓,新加部分應(yīng)力和原結(jié)構(gòu)載荷應(yīng)力不同步有差異,當(dāng)兩種應(yīng)力同時(shí)達(dá)到峰值時(shí),破壞力也達(dá)到了極限狀態(tài),所以在對(duì)梁板加固時(shí)要面臨以上主要問題,還有就是加固新、舊兩部分本身工作整體不同,在計(jì)算應(yīng)力和構(gòu)造處理中就有較大不同,因此梁板加固不同于普通混凝土結(jié)構(gòu)工程,所以在進(jìn)行加固中要引入碳纖維加固技術(shù)來改善混凝土梁板的加固工作。

        3 碳纖維加固流程和特點(diǎn)

        3.1 適用范圍

        適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ),如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15,在國內(nèi)碳纖維布加固技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用于各種梁板加固維修中。2014年在海門繼海門大新橋嘗試應(yīng)用黏貼鋼板加固橋梁之后,海門臨江閘橋維修中首次嘗試運(yùn)用粘貼和包裹碳纖維布的方法加固橋梁,這在海門維修加固橋梁施工工藝實(shí)屬首次,碳纖維加固可以快速加固橋梁,防止外部水分進(jìn)入混凝土裂縫對(duì)鋼筋造成銹蝕,保障構(gòu)件的耐久性,有助于提高橋梁的承載能力,并且在加固期間不影響橋梁的正常運(yùn)行。臨江閘橋投資35萬,公路部門對(duì)臨江閘橋存在的病害進(jìn)行一次全面維修,增設(shè)伸縮縫綁扎鋼筋4000kg,對(duì)橋梁拱腳粘貼碳纖維布500m2,聚合物灌砂漿500m2。經(jīng)過對(duì)干線公路橋梁維修,及時(shí)消滅各種安全隱患,有效提高了海門境內(nèi)干線公路橋梁技術(shù)狀況,有力保障了干線公路的安全暢通。

        3.2 工藝流程工藝流程

        混凝土表面如出現(xiàn)表面脫落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象部位應(yīng)予剔除,對(duì)較大面積的劣質(zhì)層,在剔除后用環(huán)氧膠泥進(jìn)行修復(fù)?;炷帘砻嫣幚砥秸猓砻鏌o灰塵,油等雜物,凸出部位磨平,轉(zhuǎn)角的部位大于20毫米的圓角。用吹風(fēng)機(jī)、吸塵器處理混凝土表面并保持干燥。丙酮擦拭脫脂棉在混凝土表面現(xiàn)象的話,如有漏水、導(dǎo)水等,被加固結(jié)構(gòu)表面處理的好壞直接影響加強(qiáng)質(zhì)量。當(dāng)?shù)讓幽z固化(底膠表面指觸感干燥)后,用磨平機(jī)將凸起不平處磨平,為下一道工序作好準(zhǔn)備,然后涂刷浸漬樹脂,粘貼碳纖維?,F(xiàn)場要注意通風(fēng),做好勞動(dòng)保護(hù)。

        對(duì)做過品質(zhì)監(jiān)測(cè)通過的碳纖維進(jìn)行粘貼時(shí),要事先量好需要的尺寸,配置樹脂進(jìn)行浸漬,配膠使用適當(dāng),不宜過多,最后進(jìn)行粘貼時(shí)盡量不要使空氣介入,以免影響粘貼效果。當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘劑在粘度增高固化后,為增加效果可以再涂第二層,重復(fù)以上步進(jìn)行多層粘貼驟,最后一層碳纖維布表面應(yīng)該涂抹浸漬樹脂,注意涂抹厚度要均勻平整。

        3.3 碳纖維加固特點(diǎn)

        碳纖維加固是利用碳纖維布和結(jié)構(gòu)膠對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固處理,加固損傷形貌粘貼碳纖維片加固形式如下:(1)受拉鋼筋屈服,然后混凝土受壓破碎,碳纖維片材尚未達(dá)到允許拉應(yīng)力變化要求;(2)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服,碳纖維已經(jīng)超過了允許的拉伸應(yīng)變,未超出施工項(xiàng)目要求的應(yīng)變值,拉伸達(dá)到極限拉應(yīng)力,受壓區(qū)混凝土沒有被壓碎;(3)對(duì)碳纖維布加固量過大,鋼筋屈服,受壓區(qū)混凝土粉碎;(4)在正常的部分承載力,碳纖維布與混凝土基礎(chǔ)面出現(xiàn)剝離破壞。

        3.4 施工安全及注意事項(xiàng)

        (1)碳纖維片材為導(dǎo)電材料,使用碳纖維片材時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源。(2)使用中應(yīng)避免碳纖維片材的彎折。(3)碳纖維片材配套樹脂的原料應(yīng)密封儲(chǔ)存,遠(yuǎn)離火源,避免陽光直接照射。(4)樹脂的配制和使用場所,應(yīng)保持通風(fēng)良好。(5)現(xiàn)場施工人員應(yīng)根據(jù)使用樹脂材料采取相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)措施。

        4 結(jié)束語

        碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是現(xiàn)代土木工程界應(yīng)用熱點(diǎn),因此要不斷完善施工各個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)于施工后的驗(yàn)收也應(yīng)引起足夠重視。對(duì)于碳纖維加固施工后的驗(yàn)收,一般做法是對(duì)混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量可以用小錘輕輕敲擊碳纖維布表面,確定回波粘合效果。如果空鼓糊出現(xiàn)不完整的現(xiàn)象,應(yīng)該用膠粘劑的方法修補(bǔ)。對(duì)加筋效果的混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件,碳纖維加固技術(shù)是非常理想的,在保證截面尺寸和重量、不增加施工技術(shù)難度等方面,材料和施工質(zhì)量的耐久性都可以達(dá)到施工質(zhì)量要求,整體而言其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)了雙豐收,具有廣闊的市場前景,另外技術(shù)改進(jìn)也有較大改進(jìn)空間。

        參考文獻(xiàn)

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