碳纖維在某通信機房加固中的應用

1、碳纖維在某通信機房加固中的應用    摘要：碳纖維增強聚合物（Carbon Fibre Reinforced Poly-mer簡稱CFRP）是一種新興的高強材料，最早應用于航空航天等高科技領(lǐng)域。近年來在土木工程領(lǐng)域中的研究與應用得到了迅速發(fā)展。較之傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法，碳纖維加固技術(shù)是一種新型高效的加固修復技術(shù)，它具有高強、高效、施工便捷、使用面廣等優(yōu)點。碳纖維加固技術(shù)是利用改性環(huán)氧樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，從而達到結(jié)構(gòu)補強及改善受力性能的目的。此項技術(shù)在美國、日本等發(fā)達國家已成熟運用，在20世紀90年代后期國內(nèi)才開始碳纖維加固技術(shù)的研究

2、與應用，雖取得了一定的成果，但至今尚未形成系統(tǒng)的理論。     關(guān)鍵詞：碳纖維 加固          1、工程概況    隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，各地通信公司相繼增設了一批通信機房。因通信設備荷載較大，一般民用建筑達不到使用要求。為確保使用安全，需對原建筑進行結(jié)構(gòu)驗算、結(jié)構(gòu)加固等工作。某通信公司傳輸機房位于一辦公樓三層樓面上，機房使用活載（6.0KN/m2）超過原辦公樓使用活載2.5 KN/m2。原樓面結(jié)構(gòu)為主次梁現(xiàn)澆板體系

3、（混凝土強度等級C40，板受力筋為級鋼筋，梁受力筋為級鋼筋）。結(jié)構(gòu)驗算表明，樓板無需加固，而主次梁正截面需進行加固。經(jīng)過方案論證和經(jīng)濟技術(shù)可行性比較，并征得業(yè)主的同意，決定采用碳纖維復合材料進行加固。    2、材料特性    本工程使用了日本進口的碳纖維布（ST200），其主要性能指標見表1。    表1 碳纖維布主要性能指標         型號    

4、單位面積質(zhì)量    （g·cm-2）    設計厚度    mm    設計抗拉強度    fcf / MPa    彈性模量    Ecf / MPa    ST200    200    

5、;0.111    3400    2.3×105    粘貼用樹脂采用國產(chǎn)JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠，其主要性能指標見表2    表2 JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠主要性能指標         種類    拉伸強度    MPa    壓縮強度&

6、#160;   MPa    剪切強度    MPa    適用溫度        可使用時間    min    基底樹脂    （JGN-E）    -    -&#

7、160;   -    038    1530    修補樹脂    （JGN-F）    28    50    18    038    40    粘結(jié)樹脂

8、0;   （JGN-D）    28    50    18    038    60    3、加固設計    3.1基本假定    用碳纖維材料加固后混凝土梁的極限承載力計算與普通混凝土梁有所不同，其基本假定為：（1）受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計；

9、（2）梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定；（3）碳纖維材料采用線彈性應力-應變關(guān)系：cf=Ecf×cf。因本工程建成后未經(jīng)裝修使用，加固設計時忽略碳纖維二次受力的影響。    3.2設計方法    實用公式    根據(jù)極限狀態(tài)應力應變關(guān)系，由平衡條件可得：    當2a時，    fcmbx+fyAs=fyAs+cfAcf (1)   

10、0;Mu cfAcf (h-/2)+ fyAs (h0-/2)- fyAs (/2-as)     當<2a時，     fcmbx+fyAs=fyAs+cfAcf (2)    Mu cfAcf (h- as)+ fyAs (h0- as)    規(guī)程公式    根據(jù)碳纖維片材加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，當混凝土受壓區(qū)高度xcfbh時，其極限彎矩：   

11、 MufyAs (h0- 0.5gcfbh)+Ecfcf ·Acf（1-0.5cfb）(3)    其中，界限相對受壓區(qū)高度：    cfb=0.8cu/（cu+cf）    3.3次梁加固設計    次梁截面：b×h=400mm×500mm，As =As=1018mm2    截面彎矩：Mu=242Kn·m   &#

12、160;按實用公式計算    首先估算混凝土受壓區(qū)高度12mm<2as    根據(jù)公式(2),解得:    Acf=53.1mm2    按規(guī)程公式計算    界限相對高度：    cfb=0.8×0.003/(0.0033+0.01)=0.1985    12mm<cfbh=89.3mm

13、0;   根據(jù)公式（3），解得：    Acf=51.7mm2    設計結(jié)論    兩種計算結(jié)果相比較，其誤差=（53.1-51.7）/53.1=2.64%在工程設計誤差許可范圍之內(nèi)。    采取在梁底粘貼300mm寬碳纖維布兩層（Acf=66.6mm2），可滿足設計和使用要求。    3.4主梁加固設計    主梁截面：b&

14、#215;h=500mm×550mm，As=2233mm2 ，As=1960mm2    極限彎矩: Mu=450Kn·m    按實用公計算    首先估算混凝土受壓區(qū)高度: 29.5mm<2as    根據(jù)公式(2),解得:    Acf=112.1mm2    按規(guī)程公式計算    界限

15、相對受壓區(qū)高度:    cfb=0.1985    29.5mm<cfbh=89.3mm    根據(jù)公式(3),解得: Acf=109.3mm2    設計結(jié)論    兩種計算結(jié)果相比較,其誤差=（112.1-109.3）/112.1=2.5%在工程設計誤差許可范圍之內(nèi)。    采取在梁底粘貼400mm寬碳纖維布3層（Acf=133.2mm2），可滿足

16、設計和使用要求。    3.5構(gòu)造做法    為了加強梁底碳纖維布的錨固及增加梁的抗剪能力,在梁端每側(cè)粘貼100mm寬U型箍3道,在主次梁相交處每側(cè)粘貼100mm寬U型箍兩道。    1柱邊3個U型箍，寬100mm，間距100mm；2次梁每側(cè)2個U型箍，寬100mm，間距100mm；3碳纖維3層4、加固施工    4.1施工準備    粘貼碳纖維加固工藝,施工質(zhì)量至關(guān)重要,直接關(guān)系到加固效果的好壞

17、。為確保工程質(zhì)量，工程開工前對每個施工環(huán)節(jié)、環(huán)境因素、人員素質(zhì)進行了細致周密的考慮，對施工現(xiàn)場進行了清理。    4.2施工步驟    清除加固梁底及U型箍處吊筋等障礙物。    用砂輪機將粘貼部位打磨平整，U型箍轉(zhuǎn)角處打磨成R20mm的圓弧狀，用吹風機清除浮塵并刷丙酮去脂。    涂刷基底樹脂（JGN-E）使其滲透至混凝土內(nèi)部，以提高混凝土與碳纖維之間的粘結(jié)力。    用整平材料補樹脂（JGN-

18、F）修復，填補不平整部位。    涂刷粘結(jié)樹脂（JGN-D），隨即開始粘貼碳纖維布，多層粘貼時重復步驟（5）。    粘貼完最后一層碳纖維布后再涂刷一道粘結(jié)樹脂（JGN-D）。    4.3施工要點    因為通迅公司傳輸房屬城市生命線工程中的重點部位，加之本工程加固工作量大，在施工中特別注意以下幾點：    混凝土與碳纖維布之間界面處理和好壞直接影響到混凝土梁的加固效果。因此梁底面及U型箍處必須反復打磨平整，去除混凝土劣化部位，凹陷、缺陷處用修補膠找平。    粘貼碳纖維布時必須兩人密切配合，一人拉緊碳纖維布，一人用刮板從一側(cè)邊刮邊貼，保證不留氣泡，粘貼緊密。實踐證明，刮板粘貼碳纖維布效果