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梁橋加固粘貼碳纖維加固法

發布日期:2017-03-02 05:50:39 瀏覽量:1847

快乐十分开奖结查询广东 www.jrzrs.icu 粘貼碳纖維加固法是利用粘結劑將碳纖維增強復合材料( CFRP) 粘貼在混凝土構件表面,如圖7-4-1 所示。當結構荷載增加時,碳纖維布因與混凝土協調變形而共同受力,從而提高了混凝土構件的承載能力與剛度, 對構件起到了加固作用。

碳纖維加固法示意

一、適用范圍
粘貼碳纖維加固法可用來加固主梁、墩臺等承重構件, 也可用來加固非承重構件。
碳纖維片材主要用于混凝土橋梁的基本構件和節點的快乐十分开奖结查询广东中, 以提高構件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構件的軸向抗壓承載力, 提高構件的剛度以及延性等。此外可用于控制混凝土構件裂縫寬度的發展。
碳纖維片材( 特別是碳纖維布) 質量輕且厚度薄, 具有一定柔度, 可在混凝土橋的某些部位靈活粘貼加固。
二、施工要點
粘貼碳纖維加固法的施工要點見圖7-4-3。

粘貼碳纖維加固對策施工流程

現對粘貼碳纖維加固法具體施工工藝進行說明:
( 1) 施工前的準備: 熟悉施工現場和被加固構件混凝土的實際情況, 擬出施工大綱;
提前準備好所需的纖維布、配套樹脂、機具等。

( 2) 混凝土表面的處理: 用砂輪機清除和打磨混凝土表面層, 鑿除被加固構件表面的剝
落、疏松、蜂窩、腐蝕等部分混凝土,并用修復材料將表面修復平整。在裂縫部分注入環氧
樹脂漿進行修補?;嫻拇砦揮臚鉤霾糠忠テ?, 可在錨固加強區每隔5cm 刻痕一道, 以
加強粘貼效果。轉角部位要進行倒角處理并打磨成圓弧狀, 圓弧半徑不應小于2cm 。清除
工作面的灰塵并保持干燥。
( 3) 清洗基面: 用鋼絲刷刷去表面松散浮渣, 再用壓縮空氣除去粉塵。用丙酮或無水
酒精擦拭表面, 也可用清水沖洗, 保證其充分干燥。
( 4) 配制底層樹脂并涂刷: 按比例準確配制好底膠并攪拌均勻, 注意一次調和量在規
定時間內用完( 超過時間的絕不可使用,以確保粘接質量。用毛刷將底層樹脂均勻地涂抹在
基面上, 注意直橫均勻涂抹, 自然風干( 冬季施工時膠的粘度較高, 不能涂得太厚)。底膠
硬化后,若表面有凸起部分,應用砂紙或磨光機打光,待底膠指觸干燥后再進行下一道工序。
( 5) 配制找平材料并整平: 用找平膠填補粘貼面上的凹陷部位, 消除棱角; 用找平材料將轉角處修復為光滑的圓弧, 待找平膠指觸干燥后再進行下一道工序。
( 6) 配制粘結樹脂。
( 7) 粘貼碳纖維( 碳纖維片): 在粘貼面上劃出各層位置, 按設計尺寸裁剪碳纖維布,根據現場施工經驗和作業空間確定下料長度, 若需接長時, 接頭的長度一般不小于15cm。裁剪好的纖維布必須呈卷狀妥善擺放,不得展開平鋪放置。配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位。粘貼碳纖維布時,應依設計位置由上而下,由左至右有秩序地粘貼(見表7-4-1)。用一次性軟毛刷或特制滾筒沿纖維方向多次涂刷,擠去氣泡,并使浸漬樹脂充分浸透纖維布,涂刷時不得損傷纖維布。多層粘貼重復上述步驟,待纖維表面指觸干燥時即進行下一層的粘貼。及時觀察貼片是否粘貼密實, 若發現有間隙或氣泡, 應及時處理。

( 8) 罩面防護處理: 粘貼完碳纖維布后, 及時在最后一層的碳纖維布表面再直橫均勻涂抹一層浸漬樹脂,并使其自然風干。貼片表面已充分風干結合后,在其表面涂抹罩面膠或采取其它措施處理, 以保證防護材料與原有纖維布之間有可靠的粘結。

三、施工材料
粘貼碳纖維加固的施工材料主要有碳纖維片材或碳纖維板材、底涂膠、找平膠和粘貼
膠等。
1. 碳纖維復合材料
加固混凝土構件所用的碳纖維布, 是由碳纖維長絲經編織而制成的柔軟片材。碳纖維
布在編織時, 將大量的碳纖維長絲沿一個主方向均勻平鋪, 用極少的非主方向碳纖維絲將
主方向碳纖維絲編織連接在一起, 形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。碳纖維布的
抗拉強度一般可達到3550MPa, 彈性模量為2.35 × 105MPa。根據碳纖維布的品質不同, 其
厚度為0.11~ 0.43mm,幅寬在20~ 100cm,卷材長度為50~ 100m。除此之外,還有一種叫
碳板的材料, 較布材厚, 厚度在1.2mm 以上, 性能與布材相似。
2. 粘結材料
粘結材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關鍵, 也是兩者之間傳力途徑中
的薄弱環節。粘結材料應有足夠的剛度與強度以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞, 同時
應有足夠的韌性以避免因混凝土開裂導致脆性粘結破壞。粘結材料還應能在一般氣候條件
下固化, 且固化時間合適( 一般保證有3 小時左右), 對組分含量不敏感,具有適宜的流動
性和粘度,固化收縮率小。粘結材料主要包括底涂膠、找平膠、浸漬樹脂和罩面膠等四種,
詳見圖7-4-3。

粘貼碳纖維布的各層材料示意

( 1) 底涂膠:在處理好的混凝土表面,涂一層很薄的底涂膠,既可以浸入混凝土表面,強化混凝土表面強度,又可以改進膠接性能,使混凝土與碳纖維布能夠更好的粘接。底涂膠必須具有很低的粘度,以及與混凝土良好的粘結性能,以便涂刷后,膠粘劑能滲入混凝土結構中。為保證性能, 應盡量避免使用溶劑型膠。
( 2) 找平膠:加固補強處的混凝土表面有銳利突起物、錯位和轉角部位等都可能降低碳纖維布補強效果。若經過基底處理仍未徹底清除,應在涂敷底層涂膠指觸干燥后,用找平膠進行找平。找平膠應具有優良的力學性能,以及良好的施工性能與觸變性能。找平膠應易于施工操作, 且不隨時間的延長出現明顯的變形。
( 3) 浸漬樹脂( 粘貼主膠): 是連接底膠與碳纖維布, 在粘結材料中起著至關重要作用的關鍵材料。浸漬樹脂應具有一定的粘度, 防止粘貼的碳纖維布塌落而形成空洞或空隙。

浸漬樹脂應具有良好的觸變性,易于施工且不會發生明顯的滴淌現象。浸漬樹脂應具有良好的滲透性與相容性, 以利于浸透碳纖維布, 形成復合性整體, 共同抵抗外力作用。
( 4) 防護涂裝( 罩面膠): 保證施工表面的美觀和碳纖維布的完好。所選材料應能涂敷在碳纖維布表面,不脫層,不掉落,能長期在冷熱干濕的空氣中穩定,能防止復合材料被紫外線直接照射。罩面材料的選擇范圍較大, 丙烯酸體系、聚氨脂體系、不飽和聚脂體系、有機硅、有機氟體系等都適合。
四、施工要求
粘貼碳纖維施工的具體要求有:
( 1) 被加固構件的基面應平整且具有一定強度( 一般基面混凝土強度不低于C15)。
( 2)加固用的碳纖維布一般不宜采取沿主纖維方向的搭接( 特別是對受拉構件和受彎構件受拉區的加固)。搭接部位應避開構件應力最大區段,搭接長度不應小于100mm,且搭接端部應平整無翹曲。多層搭接的各層接口位置不應在同一截面, 每層接口位置的凈距宜大于200mm。
( 3) 應注意底涂膠、找平膠、粘貼主膠、罩面膠等膠粘劑間的相容性, 施工前應進行相容性試驗。
( 4) 粘貼施工應在氣溫高于5℃ 且為晴天時進行。
( 5) 施工過程應避免在振動過大的構件上進行, 如行車引起的振動。
( 6) 施工人員應穿工作服, 戴防護口罩和手套。施工現場應?;ち己玫耐ǚ?。

五、力學要點

碳纖維復合材料( CFRP) 通常由纖維和基體組成。碳纖維復合材料的力學特點是其應力應變量完全線彈性, 不存在屈服點或塑性區。碳纖維材料具有高強、輕質、耐腐蝕和耐疲勞等優異的物理力學性能, 但也存在著某些弊端。
抗拉性能優良的碳纖維布粘貼到梁體底面或箱梁內壁后, 與原結構內布置的鋼筋一道共同承受拉力, 提高了橋梁的承載能力。
沿橋梁的主拉應力方向( 或與裂縫正交方向) 粘貼碳纖維布, 兩端分別設置錨固端,可以約束裂縫的擴展, 提高構件的抗彎剛度、改善梁體的受力狀態。
試驗研究證實, 碳纖維布能夠提高混凝土梁抗剪承載力, 其作用機理與箍筋類似, 同時還能明顯改善構件的變形性能。
碳纖維布加固混凝土構件, 在提高構件受彎承載力的同時還可能影響到受彎構件的破壞形態。當碳纖維布用量過多時, 構件的破壞形態將由碳纖維被突然拉斷或剝離引起的破壞轉變為混凝土被突然壓碎的破壞。因為這種破壞的突然性, 碳纖維加固的承載力極限狀態不能按普通鋼筋混凝土構件來定義, 一般應按碳纖維抗拉強度的2/3 進行抗彎承載力計算。
碳纖維為完全彈性材料, 與鋼筋共同工作時會減弱鋼筋塑性性能對構件延性的影響。
碳纖維布用量過多, 鋼筋混凝土構件的延性將有所降低。

六、設計要點

采用碳纖維布加固橋梁, 目前一般的計算方法是將碳纖維布按照一定的標準( 例如強度或允許應力) 近似換算成一定用量的鋼筋, 然后按照傳統的鋼筋混凝土受力分析模型進行分析。這一方法在一般情況下是適用的。
碳纖維布加固用量, 可按式( 7-4-1) 估算:
cf A = s A ( f / cf f ) ( 7-4-1)
式中: cf A — — 碳纖維布用量( 面積);
s A — — 為抵抗不足彎矩所需的鋼筋面積;
f — — 鋼筋的抗拉設計強度;
c f f — — 碳纖維布抗拉設計強度。
除按上式估算的碳纖維布加固用量( 面積) 外, 還必須考慮必要的錨固長度和搭接長度所需面積, 以及必要的邊、角廢料等裁剪損耗等。
與傳統的加固方法相比, 采用碳纖維布加固橋梁基本不改變原有結構的應力分布, 并保證在設計荷載范圍內與原結構共同受力。
碳纖維布的自重僅為200~ 300g/ m2, 設計厚度為0.111~ 0.167mm, 幾乎不增加結構自重和截面尺寸, 不改變橋下的凈空高度, 而且碳纖維布可以在一個部位重疊粘貼, 充分滿足補強的要求, 這一點比傳統加固方式更加優越。如果粘貼層數較多, 可考慮采用碳板材料。粘貼碳纖維加固法具有良好的適應性, 可適應不同構件形狀, 成型方便, 如對斜、彎、坡及異型結構的補強, 碳纖維布因隨型性極強, 可以隨結構外形變化任意施工, 可降低施工難度, 縮短施工工期。又如當箱梁內部加固作業因空間受到限制, 無法安置大型設備、模板、夾具或支撐等, 使用該法, 施工起來簡單易行。加固時不必對原結構打孔和埋
設錨固螺栓, 因而對原結構不會造成新的損傷。粘貼碳纖維加固法具有良好的耐腐蝕性,壽命較長, 可以在不利環境下使用, 并便于養護。但碳纖維會影響到受彎構件的破壞形態及其延性。
就目前來看, 碳纖維材料價格偏高, 加固時應進行經濟技術比較; 另外, 粘貼碳纖維加固法對施工工藝要求很高, 非專業施工單位難以承擔。
事實上, 碳纖維增強聚合物( CFRP) 只是纖維增強聚合物的一種。除此之外, 還有玻璃纖維增強聚合物( GFRP)和阿拉米德( 芳倫)纖維增強聚合物( AFRP)等。早期的GFRP強度低,不耐堿腐蝕,橋梁工程中應用不多。如今的GFRP 在抗拉強度品質方面有很大提高,應用也越來越多。AFRP 出現較晚( 上世紀七十年代),與CFRP 有類似的屬性,價格較CFRP便宜。
FRP 材料除以片材、板材供應外, 還可制成如同鋼筋一樣的桿件材料, 某些情況下可代替鋼筋。

由于CFRP 的抗拉強度很高,粘帖加固時難以發揮其材料優勢,現在正發展預應力碳纖
維加固技術



文章來源: 永年加固公司
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