碳纖維在某通信機(jī)房加固中的應(yīng)用

1、For personaluse only in study and research;not forcommercialuse摘要：碳纖維增強(qiáng)聚合物（Carbon Fibre ReinforcedPoly-mer 簡(jiǎn)稱 CFRP）是一種新興的高強(qiáng)材料，最早應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域。近年來(lái)在土木工程領(lǐng)域中的研究與應(yīng)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(fù)技術(shù)，它具有高強(qiáng)、 高效、施工便捷、使用面廣等優(yōu)點(diǎn)。碳纖維加固技術(shù)是利用改性環(huán)氧樹(shù)脂類膠結(jié)材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)及改善受力性能的目的。此項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已成熟運(yùn)用

2、，在20 世紀(jì) 90 年代后期國(guó)內(nèi)才開(kāi)始碳纖維加固技術(shù)的研究與應(yīng)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For personaluse only in study and research;not forcommercialuse隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，各地通信公司相繼增設(shè)了一批通信機(jī)房。因通信設(shè)備荷載較大，一般民用建筑達(dá)不到使用要求。為確保使用安全，需對(duì)原建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)加固等工作。某通信公司傳輸機(jī)房位于一辦公樓三層樓面上，機(jī)房使用活載（6.0KN/m 2）超過(guò)原辦公樓使用活載2.5 KN/m 2。原樓面結(jié)構(gòu)為主次梁現(xiàn)澆板體系（混凝土強(qiáng)度等級(jí)C

3、40，板受力筋為級(jí)鋼筋， 梁受力筋為級(jí)鋼筋） 。結(jié)構(gòu)驗(yàn)算表明，樓板無(wú)需加固，而主次梁正截面需進(jìn)行加固。經(jīng)過(guò)方案論證和經(jīng)濟(jì)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(fù)合材料進(jìn)行加固。2 、材料特性本工程使用了日本進(jìn)口的碳纖維布（ST200），其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。For personaluse only in study and research;not for commercialuse表 1 碳纖維布主要性能指標(biāo)型號(hào)單位面積質(zhì)量For personaluse only in study and research;not forcommercialuse（ g·cm-2）設(shè)計(jì)厚

4、度mmFor personaluse only in study and research;not forcommercialuse設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度f(wàn)cf / MPa彈性模量For personaluse only in study and research;not for commercialuseEcf / MPaST200200For personaluse only in study and research;not forcommercialuse0.11134002.3 ×105粘貼用樹(shù)脂采用國(guó)產(chǎn)JGN 型建筑結(jié)構(gòu)膠，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2表 2 JGN 型建筑結(jié)構(gòu)膠主要性能指

5、標(biāo)種類拉伸強(qiáng)度MPa壓縮強(qiáng)度MPa剪切強(qiáng)度MPa適用溫度可使用時(shí)間min基底樹(shù)脂（ JGN-E）-0381530修補(bǔ)樹(shù)脂（ JGN-F）28 50 18038 40粘結(jié)樹(shù)脂（ JGN-D）28 50 18038 603 、加固設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)；（ 2）梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應(yīng)變符合平截面假定；（3）碳纖維材料采用線彈性應(yīng)力 -應(yīng)變關(guān)系： cfcfcf 。因本工程建成后未經(jīng)裝修使用，加固設(shè)計(jì)時(shí)忽略碳=E×纖維二次受力的影響。3.2 設(shè)計(jì)方法根據(jù)極限狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

6、，由平衡條件可得：當(dāng) 2a時(shí)，fcmbx+f yAs =fyAs+cf Acf (1)Mu cf Acf (h- /2)+ fy As (h 0- /2)- fyAs( -/2a s )當(dāng) %26lt;2a 時(shí)，fcmbx+f yAs =fyAs+cf Acf (2)Mu cf Acf (h-as )+f y As (h 0 - as)根據(jù)碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，當(dāng)混凝土受壓區(qū)高度x h 時(shí)，其極限cfb彎矩：MufyAs (h 0 - 0.5g cfbh)+E cf cf ·Acf（ 1- 0.5 cfb ） (3)其中，界限相對(duì)受壓區(qū)高度：cfb =0.8cu

7、/ （cu+ cf ）3.3 次梁加固設(shè)計(jì)2次梁截面： b×h=400mm×500mm ， As =A s =1018mm截面彎矩： Mu =242Kn ·m首先估算混凝土受壓區(qū)高度 12mm%26lt;2as根據(jù)公式 (2), 解得 :Acf=53.1mm2界限相對(duì)高度：cfb =0.8×0.003/(0.0033+0.01)=0.1985 12mm%26lt;cfb h=89.3mm根據(jù)公式（ 3），解得：Acf=51.7mm2兩種計(jì)算結(jié)果相比較，其誤差=（53.1-51.7 ）/53.1=2.64%在工程設(shè)計(jì)誤差許可范圍之內(nèi)。采取在梁底粘貼300m

8、m 寬碳纖維布兩層（ Acf =66.6mm 2 ），可滿足設(shè)計(jì)和使用要求。3.4 主梁加固設(shè)計(jì)主梁截面： b×h=500mm×550mm ， As=2233mm2s2，A =1960mm極限彎矩 : Mu =450Kn ·m首先估算混凝土受壓區(qū)高度: 29.5mm%26lt;2a s根據(jù)公式 (2), 解得 :Acf=112.1mm2界限相對(duì)受壓區(qū)高度:cfb =0.1985 29.5mm%26lt;cfb h=89.3mm根據(jù)公式 (3), 解得 : Acf=109.3mm 2兩種計(jì)算結(jié)果相比較,其誤差 =（112.1-109.3 ） /112.1=2.5%在

9、工程設(shè)計(jì)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 =133.2mm 2），可滿足設(shè)計(jì)和使用要求。3.5 構(gòu)造做法為了加強(qiáng)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?jī)傻馈?柱邊 3 個(gè) U 型箍，寬 100mm ，間距 100mm ；2次梁每側(cè)2 個(gè) U 型箍，寬 100mm ，間距 100mm； 3碳纖維 3 層4 、加固施工4.1 施工準(zhǔn)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。為確保工程質(zhì)量，工程開(kāi)工前對(duì)每個(gè)施工環(huán)節(jié)、環(huán)境因素、人員素質(zhì)進(jìn)行了細(xì)

10、致周密的考慮，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(jī)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(fēng)機(jī)清除浮塵并刷丙酮去脂。涂刷基底樹(shù)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(bǔ)樹(shù)脂（JGN-F）修復(fù)，填補(bǔ)不平整部位。涂刷粘結(jié)樹(shù)脂（ JGN-D），隨即開(kāi)始粘貼碳纖維布，多層粘貼時(shí)重復(fù)步驟（5）。粘貼完最后一層碳纖維布后再涂刷一道粘結(jié)樹(shù)脂（JGN-D）。4.3 施工要點(diǎn)因?yàn)橥ㄑ腹緜鬏敺繉俪鞘猩€工程中的重點(diǎn)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(diǎn)：混凝土與碳纖維布之間界面

11、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(fù)打磨平整，去除混凝土劣化部位，凹陷、缺陷處用修補(bǔ)膠找平。粘貼碳纖維布時(shí)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(shí)踐證明，刮板粘貼碳纖維布效果很好，碳纖維布空鼓率基本為零。注意搭接區(qū)粘貼，做好標(biāo)記，保證搭接長(zhǎng)度150mm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)錘測(cè)及邵氏硬度計(jì)測(cè)試，施工質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良，取得了良好的加固效果。5 、結(jié)語(yǔ)工程實(shí)踐證明， CFRP加固技術(shù)對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)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，該技術(shù)在施工工期、材料耐久性、施工質(zhì)量等方面均達(dá)到了業(yè)主的要求，其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好，具有較大的推廣使用價(jià)值。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f ü r den pers?nlichen fü r St