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上海毅實(shí)建筑加固工程有限公司
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碳纖維材料加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，是指在構(gòu)件表面粘貼碳纖維材料，使碳纖維與混凝土牢固地粘結(jié)在一起并共同工作，達(dá)到加固結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)承載力和抗震性能，修補(bǔ)構(gòu)件缺陷的目的。被廣泛用于橋梁加固。
1 碳纖維材料的性能優(yōu)勢(shì)
碳纖維材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱CFRP）加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型、高效的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。工程中采用的碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是利用樹(shù)脂膠結(jié)材料，將碳纖維材料粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面，以達(dá)到結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。與傳統(tǒng)的加固方法相比，碳纖維加固技術(shù)具有以下性能優(yōu)勢(shì)。
?。?/span>1）高強(qiáng)度、高彈性模量。碳纖維的強(qiáng)度高，極限抗拉強(qiáng)度約為鋼材的10倍，彈性模量和鋼材相近。因此，在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強(qiáng)度、高彈性模量的特點(diǎn)來(lái)提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到加固修補(bǔ)的目的。
?。?/span>2）抗腐蝕能力強(qiáng)、耐久性好。碳纖維材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與、堿、等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因而碳纖維加固后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗腐蝕性和耐久性， 解決了其他加固方法所遇到的化學(xué)腐蝕問(wèn)題； 同時(shí)也免去了粘鋼加固所需的定期防銹維護(hù)，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
?。?/span>3）熱膨脹系數(shù)小。碳纖維材料的熱膨脹系數(shù)非常小，其在纖維方向的熱膨脹系數(shù)幾乎等于0。這一特性是目前其他任何材料*的， 垂直于纖維方向的熱膨脹系數(shù)雖然比較大， 但各向同性制品與其他材料相比又很小。
?。?/span>4）施工簡(jiǎn)便，工作效率高。碳纖維布加固不需要大型施工機(jī)械和重型設(shè)備，施工占用場(chǎng)地少，無(wú)濕作業(yè)，碳纖維布柔性好，可以根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸將其任意裁剪，操作簡(jiǎn)單，施工速度快。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，粘貼碳纖維的加固工效是粘貼鋼板加固工效的4～8倍。
?。?/span>5）施工質(zhì)量易于保證。碳纖維布是柔性材料，即使被加固構(gòu)件的表面不是非常平整，經(jīng)過(guò)修補(bǔ)后，有效粘貼率可達(dá)到95％以上。
（6）對(duì)結(jié)構(gòu)影響小。碳纖維材料重量輕，厚度薄，經(jīng)加固修補(bǔ)后的構(gòu)件， 基本上不增加原結(jié)構(gòu)的自重及尺寸，不影響結(jié)構(gòu)的使用空間。
2 試驗(yàn)過(guò)程
試驗(yàn)尺寸及配筋見(jiàn)圖1、圖2.混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C25, 受拉主筋為Ф10 的II級(jí)螺紋筋, 抗拉強(qiáng)度為340 MPa, 箍筋為I 級(jí)光圓鋼筋, 設(shè)計(jì)強(qiáng)度為240 MPa。 加固所使用的碳纖維布性能指標(biāo)如表1。
圖2 試驗(yàn)T 梁配筋圖
表1 碳纖維布的性能指標(biāo)
厚度/mm 抗拉強(qiáng)度/MPa 彈性模量/MPa 密度/（）
0.13 350 2.345E5 1.88
2.1 加載方法
試驗(yàn)對(duì)梁采用兩點(diǎn)對(duì)稱加載的方式, 在兩個(gè)對(duì)稱集中荷載之間形成純彎段，這樣有利于觀察分析受彎構(gòu)件在加載各階段的應(yīng)變、變形及裂縫開(kāi)展等情況。試驗(yàn)采用逐級(jí)加載,開(kāi)裂荷載由梁底應(yīng)變片測(cè)值和刻度放大鏡觀測(cè)裂縫相結(jié)合的方法確定。
2.2 測(cè)點(diǎn)布置
試驗(yàn)測(cè)試的主要內(nèi)容是控制截面的撓度、應(yīng)變和梁裂縫的觀測(cè). 撓度的測(cè)點(diǎn)選在1/4 跨、1/2 跨、3/4 跨,以便測(cè)出撓曲變形的特征曲線, 試驗(yàn)所用儀器為機(jī)電百分表。 混凝土的拉壓應(yīng)變、鋼筋應(yīng)變和纖維應(yīng)變通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量, 應(yīng)變片布置見(jiàn)圖3。
2.3 測(cè)量過(guò)程
在每級(jí)加載完成后, 由千斤頂上的傳感器測(cè)出當(dāng)前的荷載值, 由靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)掃描獲得各測(cè)試截面撓度值, 混凝土應(yīng)變值以及鋼筋、纖維布的拉應(yīng)變值。
當(dāng)梁底開(kāi)裂后, 用刻度放大鏡對(duì)裂縫的開(kāi)展做觀察, 記錄裂縫條數(shù)、開(kāi)裂寬度、高度、開(kāi)裂的形狀等.對(duì)各片梁進(jìn)行記錄初始荷載P0, 記錄撓度、應(yīng)變值。待各測(cè)值穩(wěn)定后, 梁底已明顯有裂縫開(kāi)展,且趨于穩(wěn)定, 然后按操作粘貼碳纖維布養(yǎng)護(hù)7d 后, 繼續(xù)加載直至破壞。
2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析
( 1) 通過(guò)對(duì)各梁跨中截面上應(yīng)變測(cè)點(diǎn)值的分析, 可以看出各級(jí)荷載作用下, 截面上應(yīng)變較好的符合線性分布規(guī)律. 從圖4、圖5 可以看出, 當(dāng)荷載逐步增加, T梁中和軸不斷上升。荷載接近極限荷載時(shí), T梁下部受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂嚴(yán)重, 應(yīng)變片被拉斷.
( 2) 5片T梁的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，T5 的屈服荷載略小于T2, 這是因?yàn)樵诔跏己奢d的作用下, 梁底已經(jīng)開(kāi)裂, 混凝土和鋼筋已經(jīng)有了初始應(yīng)變, 同T2 梁相比, 碳纖維布的應(yīng)變小于粘貼表面混凝土的應(yīng)變, 這被稱為應(yīng)變滯后現(xiàn)象。應(yīng)變滯后使碳纖維布在加固后的加載前期未充分參與工作, 因此對(duì)屈服荷載提高程度減小了。但對(duì)于極限荷載的影響卻很小, 因?yàn)閷?duì)碳纖維布加固后的鋼筋混凝土T梁, 很難發(fā)生受壓區(qū)混凝土破壞, 一般都是碳纖維被拉斷或與混凝土的剝離破壞, 而這種破壞與初始荷載的關(guān)系并不密切。
5．結(jié)論
論和試驗(yàn)研究得出以下結(jié)論：
?。?/span>1）碳纖維加固技術(shù)可以顯著提高混凝土梁的抗剪承載力。
（2）碳纖維加固技術(shù)可以顯著提高混凝土梁的抗彎承載力。
?。?/span>3）通過(guò)粘結(jié)碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)分析和工程應(yīng)用， 表明碳纖維加固方法是一種有效的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，與其他傳統(tǒng)的加固方法相比較，由于碳纖維具有良好的力學(xué)性能，高強(qiáng)高效、材質(zhì)薄、重量輕、施工簡(jiǎn)便、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，是加固混凝土結(jié)構(gòu)的一種好方法，可以提高加固工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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