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碳纤维加固必须考虑的几个技术问题

碳纤维加固必须考虑的几个技术问题

    来源:万钧加固改造    发布时间:2019-12-24 22:56    浏览量:

  碳纤维加固混凝土是指在混凝土构件表面粘贴碳纤维材料。使碳纤维与混凝土牢固的粘结在一起并共同工作,达到结构加固.提高结构承载力和抗震性能.修补构件缺陷的目的。由于该种方法施工方便,加固可靠性高,目前在我省已经开始大量应用。但由于结构加固的目的不同被加固的结构现状不同,在加固设计施工中有很多问题需要针对具体情况认真分析.采取不同的加固方法和技术措施否则不能达到加固的目的。甚至给结构安全留下隐思。接下来郑州加固公司小编为大家分析碳纤维加固必须考虑的几个技术问题。

碳纤维加固施工

  1.被加固构件混凝土质量对加固效果的影响

  根据资料统计,国外23组127个抗弯碳纤维加固试件.在破坏时63%的试件是碳纤维与混凝土粘结破坏,碳纤维被拉断的试件只有16%.受压区混凝土被压坏的试件占12%。剪切破坏试件占9%。在粘结破坏的试件中,破坏时碳纤维应变只达到了极限应变的20%-87%。

  由此可见。通常的抗弯碳纤维加固构件破坏时,碳纤维的强度优势并没有得到有效的发挥.加固设计时单纯按碳纤维片材的强度指标计算是不合理的。清华大学的试验结果表明,碳纤维与混凝土的粘结强度与混凝土抗压强度的平方根基本呈线性关系。混凝土强度越高碳纤维与混凝土的粘结强度也就越高,这是因为粘结破坏通常不是粘结树脂的破坏。也不是粘结界面的脱离,而是混凝土破坏后脱落的水泥石粘在树脂胶的表面.根据以上情况分析,被加固构件的混凝土强度和表面状态对碳纤维加固的质量起着重要作用。

  有些加固项目设计时。忽视被加固结构的混凝土强度和混凝土表面状态对粘结强度的影响,只是根据构件抗力的不足缺多少补多少,直接按碳纤维的强度设计指标确定碳纤维的截面积此时,如果被加固构件混凝土强度太低.碳纤维和混凝土界面粘结强度不能满足要求,碳纤维不能按设计状态发挥作用。加固无法达到目的。而且粘结破坏(又称剥离破坏)表现为脆性破坏,此种破坏--.旦出现.必将对结构的安全使用构成威胁,有时即使混凝土强度满足要求。但由于混凝土表面状态不好,例如混凝土表层疏松,大面积的蜂窝麻面处理的不好时,也会出现类似现象。

  为防止类似现象发生结构加固在设计前,必须对被加固构件的混凝土质量进行检验。并根据检验结果分析加固后构件的破坏形态,采取措施防止剥离破坏的发生。通常可采取减少粘贴层数、扩大粘贴面积的方法或采取附加锚固的方法来解决,如果剥离破坏不能避免。加固设计时。应根据碳纤维与混凝土界面的粘结强度确定碳纤维的粘贴面积和截面积.必要时进行结构载荷试验或构件破坏模型试验根据试验结果确定设计方案,

  对于一般受弯、受剪构件,如果混凝土强度等级低于C15.不宜采用碳纤维加固。当受压构件采取封闭式加固时,碳纤维主要起环箍作用,此时,混凝土强度要求可适当放宽,但不应低于C10.

  2.关于加固时结构卸荷问题

  黑龙江省目前通常采用的纤维加固梁板的方法多是不卸荷、不施加预应力的直接粘贴加固方法。该方法施工简单,但所粘贴的碳纤维在结构不增加新的变形时不直接参加工作,此种方法只适用于加固目的是结构改变使用功能或增加有效荷载的情况。此时,除考虑碳纤维的粘贴量外还应分析原有结构对新增加变形的承受能力,否则.新的变形小碳纤维不能发挥作用;新的变形过大可能导致原有结构出现新的破坏使加固不能达到目的。

  当结构由于设计.施工或使用不当出现破坏现象,采用直接粘贴法加固实际上只是对所加固的结构起一个保护的作用,只有当结构荷载偶然增加或结构的缺陷继续扩大出现新的变形时,碳纤维才能多加工作。否则结构加固后荷载不增加。没有新的变形发生,碳纤维不会参加工作。

  根据以上分析.当结构加固期间荷载始终作用在结构上。且加固后的使用期间结构的荷载值并不增加时,不宜采用直接粘贴碳纤维的加固方法。此时,可采取事先卸荷.施加反向作用力或使用预应力碳纤维方法进行加固.

  当可变荷载较大时,可在粘贴碳纤维之前将部分或全部可变荷载卸掉,卸荷后结构会出现回弹现象,待碳纤维加固完成后再将可变荷载施加于结构之上.此时结构会出现二次变形的现象,碳纤维在此变形出现时开始参加工作。

  当可变荷载相对于永久荷载比较小卸掉可变荷载出现的回弹变形很小,二次变形量不能满足碳纤维参加工作的需要时,可采取施加反向作用力强迫结构出现反向变形的方法。然后进行碳纤维加固,碳纤维加固结束后再将反向作用力撤掉。使结构产生下挠变形,此时碳纤维将在反向作用力撤掉后参加工作,此种方法实际上也属于卸荷法的一种,但结构原有的荷载不变.而是施加反方向的临时作用力达到卸荷的目的。此种方法比较简单可行,但必须严格控制反向作用的施加方法、作用点位置和作用量的控制,并应监测整个加固过程中结构的变形量。

  如果卸掉可变荷载或施加反向作用力都不能实现,可考虑使用预应力碳纤维加固方法来解决不增加荷载而保证加固后碳纤维能直接参加工作的问题。但该种方法施工比较复杂,目前我省使用不多,还有待不断积累经验。

  3.混凝土柱的抗压加固

  在柱的抗压加固中,并不是所有的柱只要粘贴了碳纤维,其抗压承载力就能提高。为提高柱的抗压承载力使用碳纤维加固混凝土柱时,通常采用环绕封闭粘贴法,其作用原理并不是用碳纤维直接承担荷载,而是碳纤维主要起对混凝土的环箍作用,当混凝土柱在荷载作用下出现压缩变形时,在封闭碳纤维环箍作用下混凝土的侧向变形受到限制,从而使混凝土柱的抗压承载力得以提高。此时应注意被加固柱的截面形状,当柱的截面形状不同时,同样的碳纤维所起到的环箍作用是不同的,其计算方法亦不同。

  对于圆形截面柱,该种方法效果较好,方形柱截面较小时效果较好,截面较大时次之,矩形柱当截面的长宽比较大时加固效果不是很好。通常在矩形柱截面长宽比大于1.5时或方形柱截面边长大于500mm时,不宜采用碳纤维环箍法加固。

  有时为提高加固效果,可将方形截面改造成圆形截面,然后再粘贴碳纤维,通常是将截面积扩大,扩大后的圆形截面为原方形截面的外接圆。

  4.控制脆性破坏发生

  碳纤维加固后混凝土梁、板结构的脆性破坏有两种形式,一种为碳纤维加固量过大,在受拉钢筋达到屈服之前受压区混凝土被压坏;另一种就是碳纤维与混凝土界面提前发生剥离破坏。后者在前面已经讨论,在此只对碳纤维加固过量引起的脆性破坏进行讨论。

  在受弯构件碳纤维加固时,通常混凝土截面尺寸不加大,碳纤维作用相当于截面中的受拉钢筋,随着碳纤维使用量的增大,截面混凝土受压区高度也增加,达到极限状态时,不是受拉钢筋首先达到屈服状态,而是受压区混凝土首先压坏,这种破坏属于脆性破坏,是加固设计中必须避免的。

  为避免脆性破坏的发生,在确定加固方案时,以下两个问题必须引起注意。

  (1)目前有些结构出现裂缝后,即不进行裂缝原因鉴定,也不对结构进行系统的检测,而是在构件的底面粘贴点碳纤维就算完事,粘一层不够就粘两层,两层还不把握就再加一层,这种盲目的加固方法不但容易造成浪费,一且出现脆性破坏,其后果可能是很严重的。

  在加固设计验算受压区混凝土的强度时,应当以加固前现场混凝土强度检测结果为计算依据,而不应以原设计混凝土强度为计算依据。有很多结构加固的原因是使结构出现了问题,例如出现裂缝,变形过大等,出现问题的原因有可能就是混凝土强度不足,此时如果还用原混凝土设计强度进行加固计算,容易在加固后出现受压区混凝土抗压强度不足而出现脆性破坏。同时由于混凝土强度不足,还可能发生碳纤维与混凝土之间的剥离破坏,所以,当现场检测结果混凝土强度太低。而且要求加固效果较高时,还应慎重考虑是否单纯采用碳纤维加固方法。

  (2)对于改变使用功能或有效荷载增大较大的结构加固,有时单纯用碳纤维加固是不能解决问题的,而是必须采取其他结构措施才能满足要求。因为单纯使用碳纤维同时解决结构的抗弯、抗剪、抗压和节点强度等问题是有困难的,有时也是不安全的。所以,我们不要因为碳纤维的性能好,就把碳纤维加固看成是万能的加固方法,更不要把提高碳纤维用量作为提高加固效率的唯一方法,有时采用增加构件截面积或改变结构的受力体系可能是更可靠的加固方法。

  5.节点构造

  有很多碳纤维加固构件在设计时对碳纤维加固的构造要求不重视,例如。对受弯加固,只在受拉区沿受力方向粘贴碳纤维,大量试验结果表明这样是远远不够的。为保证碳纤维不过早发生剥离破坏,应采取锚固措施,例如采取钢环箍、铆钉和碳纤维U形箍等方法,其中碳纤维U形箍比较可靠且便于施工。采用碳纤维U形箍时,U形箍沿加固碳纤维延伸方向均匀分布是可行的,但有试验表明均匀分布不如重点设防效果好。通常在构件的下列部位应设碳纤维U形箍。

  (1)梁的集中荷载作用处应设U形或环形碳纤维箍,数量一般不少于2道,均匀分布在集中力作用点的两侧,箍的间距不大于梁高的1/2.

  (2)梁的正弯矩加固时,碳纤维应伸到支座边缘,并在边缘处设U形碳纤维箍,U形箍应延伸至板的底部。

  (3)在梁的剪力、弯矩最大的截面附近设碳纤维U形箍,每一处的U形箍数量不宜少于2道,箍的宽度不宜小于15cm,净间距不宜大于20cm,

  (4)已经出现裂缝的构件,应在裂缝两侧设置U形箍。当U形箍沿构件长度方向均匀分布时,在有裂缝的部位应适当加密。



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