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      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。由于它有3個面與砼結合,故傳力性能好。纖維棒藏于砼內,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,它們經歷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、施工時就埋下了隱患。此外,交通部不斷提出的新標準,也需要橋梁結構不斷升級換代。在橋梁進入病態時,要使其結構能夠繼續安全使用,則必須采取一定的措施進行加固補強。
      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,該項加固技術興起于20世紀80年代,于90年代后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范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,待樹脂固化后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,疲勞壽命普遍高于鋼材;溫普系數和砼相當,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面,使粘結后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/?),加固后基本不增加原結構的自重和原構件的尺寸;柔性好,對于任意封閉結構和形狀復雜的被加固結構表面具有特別的優勢;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,特別適合現場修復;施工過程中無明火,適用于各種特殊環境。
      CFRP加固結構方案可分為兩種:一是傳統的直接粘貼法,將CFRP兩端錨固并施加預應力后,通過膠粘劑粘貼在鋼結構的表面,一般適用于構件表面較平整的拉桿,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,一般適用于整個結構進行整體加固。
      鑲嵌法加固砼結構
      常規的辦法是將纖維布貼在梁底面,而鑲嵌法是將碳纖維復合材料制成矩形棒,然后鑲嵌進事先在保護層內鋸好的溝槽內。顯然,碳纖維棒藏在砼內,受到了很好的保護。另外一個優點是,砼表面沒有被完全遮蓋,避免出現濕氣不能逸出而使砼遭到凍融破壞。采用鑲嵌法時,3個面同時與砼表面接觸,而原先在表面粘貼時只有一個面接觸。顯然,它是在傳遞剪力時更有效。這里必需著重指出,施工時必須保證碳纖維棒和砼有很好的粘結,這一方面要依賴粘貼工藝,同時也依賴于被加固構件的質量。
      將碳纖維棒嵌入砼內,可以保證兩種材料之間暴力行動的傳遞。棒的幾何尺寸和間距會影響傳力面積的大小,如果棒的距離太小,可能會由于兩棒之間的相互作用而破壞,也可能和原有的鋼筋相互作用而破壞。
      在傳統的粘貼方法中,要先對砼保護層進行認真處理。砼的砂漿層要去掉,需要露出集料來,之后才能進行復合材料的粘貼,以保證它們的有效結合。在大多數情況下,采用噴砂的辦法實施,這種做法雖然不復雜,但對表面非常不規則的情況,單靠噴砂則不足以使表面平整。
      如果把加固材料嵌入保護層內的溝槽中,則不需要進行表面處理。只需用壓力水(大約150pa)將鋸好的溝槽清洗干凈,就可以形成一道順直的、具有粗糙面的溝槽。
      這種工藝,除增強了力的傳遞能力外,還增加了它的耐久性,減少了橋下撞擊的危險。如果不是嵌入而是外露在梁的表面,一旦被車輛撞擊,或遇火災、偷竊等事件時,會對結構造成嚴重后果。
      施加預應力
      只把碳纖維棒嵌入溝槽進行粘結,加固材料是被動受力,即剛粘上去的材料并不受力,只有活載上去后才會受力。變被動為主動的辦法是給碳纖維棒施加預應力,施加預應力有4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、變均勻,這對結構的使用性能極為重要,還提高了結構的耐久性和剛度。研究表明,這種加固辦法可使原有鋼筋卸載,可以提高鋼筋的屈服荷載25%~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?,清理溝槽中的污物和小顆粒;在溝槽內涂抹充足的粘結劑;將正方形的碳纖維棒(10?×10?)嵌入槽內,修整擠出的粘結劑;張拉碳纖維棒并保持張拉力;持荷5天后放張。這種工藝屬于先張法,兩端不設金屬錨具,放張后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、防撞擊等主面可以對加固材料進行很好的保護?梢园才蓬A應力進行加固,也可以施加預應力。它能使砼的開裂荷載和鋼筋的屈服荷載大幅度提高,使裂縫變小、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加固法在經濟上的優勢給它的發展提供了廣闊的空間。然而,采用這項技術需要進一步理解這種系統的工作原理和使用性能,還要繼續改進粘貼工藝。要特別強調的是,只有把加固材料和被加固構件形成一個整體結構,才會取得理想的效果。目前,大多數情況下采用“無稍大力”的纖維布進行加固,即纖維布剛貼上去的時候是不胺力的,這雖然也能夠提高結構的承載力,但碳纖維的強度沒能得到充分的利用。只有對碳纖維施加預應力,結構才能獲得更好的使用性能。

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