梁板结构承载力不足的原因分析及碳纤维加固探讨_结构梁碳纤维加固工程
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摘要: 粘贴碳纤维加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面, 以提高结构构件的(抗弯、抗剪)承载能力, 由此达到对建筑物进行加固、补强的目的。本文对梁板结构的承载力不足的原因进行了系统总结, 并对碳纤维材料在梁板结构加固工程中的应用进行了介绍。
关键词: 梁板结构 加固 碳纤维
引言
碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术,它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面, 以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修建筑工程管理论文补的研究始于上世纪 80 年代美、日等发达国家, 我国起步较晚, 在 20 世纪 90 年代后期国内才开始碳纤维加固技术的研究与应用, 并且已经取得了一定的成果, 在工程中得到日益广泛的应用。
1.梁、板承载力不足的原因及加固目的
1.1 梁、板承载力不足的原因(1)由于施工过程中混凝土强度达不到设计要求, 或因钢筋少配、误配而引起梁、板等受弯构件承载力不足。(2)在设计方面引起梁、板等受弯构件承载力不足最主要的原因是计算简图与梁、板实际受力情况不符合, 或者荷载漏算、少算。(3)使用过程中严重超载也会导致梁板承载力不足。(4)其他原因:地基的不均匀沉降, 使梁中产生附加应力;采用了不成熟的构件;构件形式带来的影响。例如, 采用薄腹梁虽有不少优点, 但是有一定数量的薄腹梁产生较严重的斜裂缝;构件耐久性不足导致钢筋严重锈蚀甚至锈断, 严重影响承载力。引起承载力不足的原因, 除上述例举外, 还有钢筋锚固不足、搭接长度不够、焊接不牢以及荷载的突然作用等等。
1.2 补强加固的目的(1)提高结构、构件的强度;(2)提高结构、构件的稳定性;(3)提高结构、构件的刚度;(4)提高结构、构件的耐久性。
2.混凝土加固结构的受力特性
对已建的结构进行加固, 其受力性能与一般未经加固的普通结构有较大的差异。首先, 加固结构属于二次受力结构, 加固前原结构已有载荷作用受力(即第一次受力), 原结构存在一定的压缩(或弯曲)变形, 同时原结构混凝土基本已经完成收缩变形;而加固一般是在未卸荷下进行的, 新加部分在新增荷载时, 即第二次加载下, 才开始受力, 导致新加部分的应力、应变滞后于原结构的应力、应变。因此, 新、旧结构不能同时达到应力峰值, 破坏时, 新加部分可能达不到自身的极限状态。其次, 加固结构新、旧两部分存在整体工作问题, 整体工作的关键在于结合面能否有效地传递剪力。由于加固结构有上述的受力特征, 决定了其计算方法和构造处理以及施工要求, 不同于普通混凝土结构。
3.碳纤维加固
3.1 适用范围(1)适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补, 如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。(2)基层混凝土的强度等级不低于 C15。
3.2 工艺流程工艺流程: 表面处理→卸荷→涂底胶→找平→涂面胶→粘贴→粉刷保护。
3.3 粘贴碳纤维片材进行受弯加固的破坏形态粘贴碳纤维片材进行受弯加固的破坏形态主要有以下几种:(1)受拉钢筋先达到屈服, 然后受压区混凝土压坏, 此时碳纤维片材尚未达到其容许拉应变;(2)受拉钢筋先达到屈服, 碳纤维片材已超过其容许拉应变, 并达到极限拉应建筑工程管理论文变而拉断, 此时受压区混凝土尚未压坏;(3)由于碳纤维片材的加固量过大, 在受拉钢筋达到屈服前, 受压区混凝土已首先压坏;(4)在达到正截面承载力前, 碳纤维片材与混凝土基面已产生剥离破坏。
3.4 碳纤维加固特点碳纤维加固是利用碳纤维布和结构胶对构件进行加固处理, 具有以下特点:
(1)抗拉强度高, 是Ⅱ级钢筋的 10 倍以上。(2)轻质、柔软、易粘贴、质量易于保证, 不增加结构自重及截面尺寸。加固时不需螺栓、铆钉固定, 对结构扰动小, 可更好保护结构整体性。(3)广泛应用于桥梁和建筑加固, 特别适用于各类曲面结构。适用面广, 质量易保证。(4)耐久性好,耐酸、碱、盐及大气环境腐蚀,耐持久性能佳。(5)可提高柱延性(抗震能力)2 至 4倍, 提高梁、板的抗弯能力 30%～100%,增强梁、柱抗剪能力 30%～80%, 提高柱、墙承压能力 20%～50%。(6)加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸。(7)施工便捷, 工效高, 没有湿作业,不需现场固定设施, 施工占用场地少。
3.5 一般构造要求(1)当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角处粘贴时, 转角处构件外表面的曲率半径应不小于 20mm。(2)碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度应不小于100mm。当采用多条或多层碳纤维布加固时,各条或各层之间的搭接位置宜相互错开。(3)为保证碳纤维可靠地与混凝土共同工作,必要时应采取附加锚固措施。
3.6 施工安全及注意事项(1)碳纤维片材为导电材料, 使用碳纤维片材时应尽量远离电气设备及电源。(2)使用中应避免碳纤维片材的弯折。(3)碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存, 远离火源, 避免阳光直接照射。
(4)树脂的配制和使用场所, 应保持通风良好。(5)现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施。
4.结语
碳纤维加固技术对于混凝土结构及构件的补强加固效果十分理想,在基本不增大梁的截面尺寸及自重的前提下,该技术在施工工期、材料耐久性、施工质量等方面均达到了业主的要求,其综合经济效益和社会效益良好,具有较大的推广使用价值。
参考文献:
[1] 吕西林.建筑结构加固设计[M].北京:科学出版社,1997.[2] 卓尚木,季直仓,卓昌志.钢筋混凝土结构事故分析与加固[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.[3] 李惠强.建筑结构诊断鉴定与加固修复[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.
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